Состав и свойства титановых сплавов

Титан и его сплавы обладают замечательной совокупностью свойств, которые выгодно выделяют их из остальных сплавов. Во-первых, это высокая прочность при малой плотности. В табл. 63 приведена сравнительная характеристика механических свойств (удельная прочность) при 20 С ряда конструкционных сплавов.

Введение в титан таких легирую­щих элементов, как молибден, цирконий, ниобий, тантал, повы­шает коррозионную стойкость.

К недостаткам титана и его сплавов относятся:

1. высокая химическая активность титана при высоких темпе­ратурах, особенно в жидком состоянии. Это обстоятельство серь­езно осложняет проведение технологических операций, при ко­торых требуется нагрев металла до высоких температур (плавка и литье, сварка, обработка давлением и др.);

2. плохая обрабатываемость резанием;

3. более высокая стоимость производства титана по сравне­нию с железом, алюминием, магнием, медью.

В технике используют литейные и деформируемые сплавы ти­тана. Независимо от назначения по классификации С. Г. Глазу­нова их делят по структуре на иять групп:

1. группа - а-сплавы, структура которых представлена а-фа- зой.

2. группа — псевдо-а-сплавы, структура которых представлена ос-фазой и небольшим количеством р-фазы (не более 5 %) или интерметалл идов.

3. группа — а+р-сплавы, структура которых представлена сх- и р-фазами; сплавы этого типа могут содержать интерметаллиды.

4. группа — псевдо-р-сплавы со структурой в отожженном со­стоянии, представленной р-фазой и небольшим количеством а- фазы; в этих сплавах закалкой или нормализацией из р-области можно' легко получить однофазную р-структуру.

5. группа — р-сплавы, структура которых представлена терми­чески стабильной р-фазой.

Колебания величин усад­ки невелики. Эго позволяет принять следующие основные значе­ния величин линейной и объемной усадки для титановых спла­вов 0,95... 1,0 % и 2,9...3,0 % соответственно

Большинство титановых сплавов в качестве легирующего эле­мента содержат алюминий. С введением алюминия повышается жаропрочность титана, снижается плотность, возрастает корро­зионная стойкость. Кроме того, алюминий благоприятно влияет на литейные и технологические характеристики титана, возрас­тает жидкотекучесть, сплавы хорошо свариваются. Однако со держание алюминия в титане не должно превышать 6...8 %, так как в противном случае прочностные и пластические характеристики титана резко падают.

Все легирующие элементы, а также неизбежно попадаемые при­меси, изменяют температуру полиморфного превращения тита­на. По этому признаку элементы подразделяют на две группы:

I группа — а-стабилизаторы — элементы, повышающие темпе­ратуру полиморфного превращения (алюминий, кислород, азот, углерод и др.);

И группа — р-стабилизаторы — элементы, понижающие тем­пературу полиморфного превращения (цирконий, ниобий, вана­дий, молибден, марганец, железо, хром, кобальт и др.).

Титановые а-сплавы легированы алюминием и небольшим ко­личеством олова и циркония. К этой группе относятся широко распространенные сплавы ВТ5 и ВТ5Л, которые используют для фасонного литья и литья слитков. Сплав ВТ5Л имеет хорошие литейные свойства и свариваемость. Детали, изготовленные и4 сплава ВТ5Л, обладают высокой коррозионной стойкостью и мо- Гут работать длительное время до 400 С. С повышением темпе­ратуры начинается довольно интенсивный процесс окисления.

К недостаткам а-сплзвов относится их сравнительно невысо­ка прочность; сплавы этого класса термически не упрочняются.

Псевдо-а-сплавы легированы алюминием и в небольшом ко­личестве ^-стабилизирующими элементами (марганец, молибден,

ванадий, хром). При комнатной температуре псевдо-а-сплавы отличаются более высокой технологической пластичностью по сравнению с а-сплавами, что обусловлено положительным влия­нием р-фазы, имеющей кубическую структуру. С повышением температуры в структуре непрерывно увеличивается количество р-фазы, что вызывает увеличение пластичности сплава.

Сплавы этой группы — ОТ4-0, ОТ4-1 и ОТ4 — обладают высо­кой технологической пластичностью. Они хорошо деформируют­ся в горячем и холодном состояниях и слитки из этих сплавов идут в основном для изготовления листов, лент и полос. Из этих сплавов получают также поковки, прутки, трубы и профили. Спла­вы хорошо свариваются всеми видами сварки. Детали успешно работают до 350 °С. Невысокая прочность и большая склонность к водородной хрупкости — основные недостатки этих сплавов.

Сплав ВТ-18 относится к наиболее жаропрочным титановым сплавам: он может длительно работать при 550...600 °С. Однако, сплав имеет низкие технологические свойства: плохо сваривает­ся, невысока технологическая пластичность.

Сплавы типа АТ2 обладают высокой пластичностью и ударной вязкостью и сохраняют ее при криогенных температурах.

Наиболее благоприятное сочетание всех свойств (механичес­ких, технологических, физических) характерно для сплавов, со­стоящих из смеси а- и р-фаз (а+Р-сплавы). Эти сплавы характе­ризуются лучшей технологической пластичностью, высокой проч­ностью, способностью к термическому упрочнению закалкой и старением, меньшей склонностью к водородной хрупкости.

Высоколегированные титановые сплавы, содержащие до 20 % элементов р-стабилизаторов, относятся к псевдо- р-сплавам. При их закалке образуется нестабильная р-фаза, распадающаяся при старении с выделением дисперсной а-фазы. К основным пре­имуществам этих сплавов относят высокую технологическую пла­стичность и склонность к упрочнению после термической обра­ботки. Сплавы используют для изготовления деталей, работаю­щих при температуре до 350 °С, так как при более высокой тем­пературе происходит распад р-фазы и снижение механических свойств.