12.1.4 Деформівні титанові сплави.

Деформівні -сплави:

– Сплави системи Ti-Al. ВТ5 містить приблизно 5% Al, має більш високу міцність ніж чистий титан ( _в=750…950МПа, =10%), технологічність невисока (деформується лише в гарячому стані). Температура експлуатації (t_екс) деталей з цього сплаву до 400°С.

– Сплави, що додатково леговані оловом та цирконієм (Ti-Al+нейтральні Sn, Zr). Сплави добре зварюються, здатні працювати від кріогенних температур до 450°С. Сплави термічно стійкі, термообробкою не зміцнюються. ВТ5-1 (5% Al, 2,5% Sn) має такі властивості: _в=800…1000 МПа, =10%. До цієї групи належить також ПТ7М (легований цирконієм), призначений для виготовлення труб.

Деформівні псевдо--сплави:

– Сплави титану, що містять крім алюмінію, евтектоїдоутворюючі -стабілізатори. Типовими представниками є сплави системи Ti-Al-Mn (ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ4). Структура сплавів 1-5%). Сплави добре деформуються в гарячому та холодному стані, добре зварюються, робочі температури – до 350°С. Недоліки – відносно невисока міцність (s_в=600...750МПа, d=15% - ОТ4-1) та жароміцність.

– Сплави титану, що леговані Al та ізоморфними -стабілізаторами (Ti-Al-V): ПТ-3В, ОТ4-1В. Сплави цієї групи добре деформується як в гарячому так і холодному стані, добре зварюються. До переваг системи Ti-Al-V слід віднести меншу схильність до водневої крихкості порівняно зі сплавами системи Ti-Al-Mn.

– Сплави титану, що містять Al, -стабілізатори, нейтральні зміцнювачі. До цієї групи належать ВТ20 (містить цирконій, ванадій, молібден), ВТ18. ВТ20 – жароміцний листовий матеріал (експлуатується до 500С), добре зварюється. ВТ18 – призначений для виготовлення прутків, поковок, штамповок, здатний тривало використовуватись при температурах 550-600С.

– Сплави, леговані нейтральними зміцнювачами (Zr) та -стабілізаторами (Nb, V, Mo), вміст яких не перевищує граничної розчинності в -фазі. До цієї групи належать АТ2, АТ2-1, АТ2-2. Структура сплавів – -твердий розчин (  незначна кількість -фази). Сплави характеризуються високою пластичністю та в’язкістю при кріогенних температурах (до –253С).

Деформовні a-сплави та псевдо-a-сплави використовують, переважно, у відпаленому стані.

Деформівні () сплави титану:

– Сплави, що леговані Al та ізоморфними -стабілізаторами (ВТ6, ВТ6С). Наведені сплави відповідають системі Ti-Al-V. Ванадій сприяє підвищенню міцності та пластичності. ВТ6 (6,25%Al, 4,0%V) може використовуватись після відпалення (900…950°С) або гартування та старіння. Перевагою сплаву ВТ6 є добра зварюваність, сплав має високу термічну стабільність (t_експл=400…450С). До цієї ж групи належать ВТ14, ВТ16, що мають більший вміст -стабілізаторів і, відповідно, містять 10% та 25…30% -фази.

– Сплави, леговані алюмінієм, ізоморфними та евтектоїдоутворюючими -стабілізаторами. До цієї групи належить сплав ВТ22, який має у відпаленому стані найбільшу міцність серед титанових сплавів (міцність така ж як у ВТ6, ВТ3-1, ВТ14 після гартування та старіння). Сплав призначений для виготовлення важконавантажених деталей та конструкцій, що тривало експлуатуються до 350…400С.

Сплав ВТ8 (Ti-6…7%Al-Мо-Zr-Si) містить -фазу, 10% -фази та дисперсні силіциди. Термообробка ВТ8 – ізотермічне або подвійне відпалення, гартування та старіння; t_екс = 450…500С. ВТ9 додатково легований цирконієм, що підвищує жароміцність, t_екс = 500…550С.

Сплав ВТ3-1 (система Ti-Al-Cr-Mo-Fe-Si) призначений для тривалої експлуатації при 400…450С. Ізотермічне відпалення (t₁=850…880С; t₂=600…650С) забезпечує отримання структури , із вмістом -фази – 15%. Після такої обробки сплав має максимальну пластичність та високу термічну стабільність. Також для сплаву застосовують подвійне відпалення та зміцнювальну обробку.

Деформівні псевдо- сплави:

Сплав ВТ15 (3…4%Al, 7…8%Mo, 10…11,5%Cr) в загартованому стані (з 780…900С на повітрі) має достатньо високу міцність (_в=880…1000МПа) та високу пластичність (=12-20%, =35-55%). Зміцнення відбувається при подальшому старінні (480…550С) завдяки виділенню з пересиченої -фази частинок -фази. Властивості сплаву ВТ15 після старіння: _в=1300…1500МПа, =6%.

Сплав ВТ30 (система Ti-Mo-Zr-Sn) має високу технологічну пластичність в загартованому стані, добре обробляється тиском в холодному стані. Міцність сплаву після гартування _в=650…750 МПа, після старіння – 1400…1600 МПа. Особливість легування – відсутність алюмінію.

12.1.5 Ливарні титанові сплави. Ливарні титанові сплави призначені для фасоного литва. Маркуються: ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ14Л, ВТ6Л. За хімічним складом співпадають з деформівними, але містять більшу концентрацію домішок. Відливки мають меншу пластичність. Титанові сплави мають високі ливарні властивості: невелику усадку 2…3%, високу рідкотекучість. Складність отримання відливок пов’язана з високою швидкістю взаємодії з формою та газами (плавлення – у вакуумі).

Найбільш поширений сплав ВТ5Л (-сплав). Завдяки алюмінію має задовільний рівень пластичності та ударну в’язкість відливок. Відливки ВТ5Л не відпалюють.

Для решти сплавів властивості можуть бути поліпшені проведенням відпалення, що забезпечує стабілізацію структури та зменшує рівень залишкових напружень. Температура відпалення залежить від хімічного складу сплавів. Для ВТ14Л t_відп.=850С, швидкість охолодження 2…4С/хвил. Відпалення сплаву ВТ3-1Л передбачає витримку при 650С (1…2 год.).

12.2 Завдання на підготовку до лабораторної роботи

Надати характеристику титану, описати класифікацію легувальних елементів за впливом на його поліморфізм. Навести класифікацію титанових сплавів. Описати основні види термічної обробки титанових сплавів.

12.3 Контрольні запитання для самоперевірки

і контролю підготовленості до лабораторної роботи

12.3.1. Характеристика титану.

12.3.2. Розподіл легувальних елементів в залежності від впливу на поліморфізм титану.

12.3.3. Фазові перетворення в титанових сплавах при охолодженні зі швидкістю VV_кр.

12.3.4. Термічна обробка титанових сплавів.

12.3.5. Класифікація титанових сплавів.

12.3.6. Які переваги та недоліки мають сплави титану порівняно із сталями та алюмінієвими сплавами ?

12.4 Матеріали та обладнання

Робота виконується з використанням зразків сплаву ВТ3-1 після різних режимів термічної обробки та деталей з титанових сплавів. Для вивчення мікроструктури використовують мікроскопи МІМ-5 та МІМ-7.

12.5 Вказівки з техніки безпеки

Робота виконується відповідно до загальної інструкції з техніки безпеки (додаток А).

12.6 Порядок виконання роботи

12.6.1 Переглянути мікроструктуру зразків сплаву ВТ3-1 та її схематично зарисувати.

12.6.2 Із використанням довідкових даних визначити хімічний склад, структуру, основну термічну обробку, властивості та призначення наведених титанових сплавів і заповнити таблицю 12.1.

Таблиця 12.1 – Хімічний склад та класифікація титанових сплавів за структурою у стабільному стані

Марка сплаву	Клас за структурою в рівноважному стані	Вміст елементів, % (решта Ti)							Термічна обробка	Механічні властивості	Призначення
		Al	Zr	V	Mo	Cr	Si	інші
ВТ5
ВТ18
ВТ3-1
ВТ8
ВТ6Л

12.7 Зміст звіту

Загальні відомості згідно завдання, рисунки 12.1, 12.2, мікроструктури, таблиця 12.1, висновки.