Загальна характеристика титану і сплавів на його основі

Титан – метал сріблясто-білого кольору, густина =4.5 Г/см³, має значну міцність  міцніший від заліза. Особливість титану в тому, що він легкий, його міцність майже не змінюється за умов нагрівання до 400^оС, високоміцний у агресивних середовищах, тобто корозійностійкий у морській воді, багатьох кислотах і лугах. Ці властивості є наслідком утворення на поверхні титану стійкої оксидної плівки. Температура плавлення титану t^о=1665^оС. Титан має дві алотропні модифікації: до t^о=882 ^оС, існує -титан (густина 4.505 Г/см³), який кристалізується у гексогальну гратку; а при більш високих температурах t^о=900^оС існує -титан (густина 4.32 Г/см³), який кристалізується у об'ємний куб.

Шкідливими домішками до титану є N₂, C₂, O₂, H₂, які знижують пластичність, погіршують зварюваність, підвищують твердість і міцність, знижують опір корозії. Особливо шкідливий є водень, який дуже підвищує крихкість титану.

Технічно чистий титан містить незначну кількість домішок Fe, Mn, Al, Si, Ni. Виробляють титан марок ВТ 1-00 (99,53% Ti); ВТ1-0 (99,46% Ti); ВТ-1 (99,44% Ti), які мають _мц=300-500 МПа, =20-30 %. Чим більше домішок, тим вище міцність і нижче пластичність.

Технічний титан обробляється тиском, зварюється у атмосфері захисних газів, але обробка різанням важка. Поставляють у вигляді листів, труб, прутків, дроту, напівфабрикатів.

Сплави на основі титану. Основними легуючими елементами є Cr, Mn, Zn, Ni, Co, Mo, W, Al, Cu, Be. Легування титану призводять до значного підвищення міцності, але при цьому знижується пластичність. Титанові сплави мають вищу питому міцність, стійкість до повзучості, корозії, руйнування за високих температур і властивості зберігати пластичність за низьких, тому їх можливо використовувати у криогенній техніці.

Титанові сплави поділяються на такі групи: сплави, які мають + структуру; сплави які мають -структуру.

Сплави, які мають -структуру. До їх складу входить Al, Sn, O, N, С. Такі сплави зберігають достатню міцність до t=650^оС, не утворюють крихкість при термообробці, гарно зварюються. До негативних властивостей сплавів належить низька пластичність і необхідність застосування високого тиску при обробці деформацій.

Сплави, які мають + структуру. Крім Al до їх складу входять Cr, Mo, Fe. Ці сплави мають високу міцність при кімнатній температурі при гарній пластичності. Вони гарно піддаються термічній обробці. Негативною властивістю є те, що сплави зберігають міцність тільки до температури t^о=430^оС.

Сплави, які мають -структуру утворюються при легуванні Ti, Zr і деякими іншими елементами. Сплави відрізняються високо пластичністю і зберігають міцність до температури t^о=40 ^оС. Для змінення цих сплавів не потрібна термічна обробка, ці сплави у промисловості застосовуються дуже рідко тому, що вони чутливі до забруднення атмосферними газами при нагріванні, що неминуче у процесі виробництва.

Титанові сплави піддають зварюванню, пайці, обробляють різанням і тиском. Пайку проводять за допомогою срібних або мідних припоїв. Зварювання проводять у захисному або нейтральному середовищі (наприклад, у аргоні), щоб не було окислювання або нітріровання шову. Такі елементи, як Cr, Mn, Fe, Al, Si погіршують зварювання.

Обробка титану і його сплавів мають деякі особливості. Вони пов'язані з тим, що титан та його сплави налипають на інструмент. Щоб запобігти цьому у матеріал інструмента необхідно додавати сульфідні домішки, провадити обробку у спеціальному газовому середовищі (наприклад, CO₂) або у охолоджувальну рідину додають спеціальні сернисті мастила, жирні кислоти.

У таблиці 7 приведені деякі марки, хімічний склад, механічні властивості титанових сплавів.

Таблиця 7

Сплав	Al	V	Mo	інші елементи	мц, МПа	, %	КС, КДж/м2
ВТ-5	5				750-950	12-25	0.3-0.6
ВТ-1	5			2,5 Sn	800-950	12-25	0.4-0.9
ОТ-4	4,5			1,5 Mn	700-950	15-40	0,5-1,2
ВТ-6	6	5			950-1100	8	0,4-0,8
ВТ-8	6,5		3,5	0,3 Si	1050-1250	10-15	0,3-0,6
ВТ-14	5,5	1,3	3,0		1150-1400	6-10	0,3
ВТ-9	6-5		3-4	0,8-2 Zn	980-1150	8-10	0,4

Сплав ВТ5 гарно деформується у гарячому стані і зварюється; має високий опір корозії, але схильний до водневої крихкості. Додаткове легування оловом (ВТ5-1) покращує технологічні властивості.

Сплави типу ОТ4 гарно обробляються тиском у гарячому та холодному станах, зварюються усіма видами зварювання, але схильні до водневої крихкості.

Найкращі сполучення властивостей досягаються у (+) сплавах.

Сплав ВТ6 має гарні механічні та технологічні властивості і зміцнюється ТО.

Сплав ВТ8 застосовують у відпаленому та термічно зміцненому станах. Сплав гарно деформується у гарячому стані і застосовується для виготовлення виробів, які працюють при t^о=450-500^оС.

Сплав ВТ14 застосовують для виготовлення важко навантажених деталей, а також деталей, які тривалий час працюють при t^о=400^оС, або за малий час при t^о=500^оС. Сплав зміцнюється гартуванням із t^о=850-800^оС у воді із подальшим старінням при t=480-500^оС, 12-16 годин. Повний відпал проводять при t до 800^оС, а неповний при t^о=600-650^оС.

Сплав ВТ9 застосовують при виготовленні конструкцій та деталей, які тривалий час працюють при температурі t^о=450^оС. Цей сплав штампується, кується, із них прокатують і пресують прутки, фасонні профілі.

Для виготовлення виробів литтям застосовують ливарні сплави ВТ5Л; ВТ14Л; ВТ21Л, які мають гарні ливарні та технічні властивості.

Титан та його сплави використовують там, де необхідна велика питома міцність і гарний опір корозії. Їх використовують у авіації, ракетній техніці, хімічному машинобудуванні та інших.