3.4 Класифікація титанових сплавів

Титанові сплави класифікують за наступними ознаками.

Класифікація титанових сплавів за фазовим складом;

1. -сплави, структура котрих представлена -фазою.

2. Псевдо--сплави, структура котрих представлена -фазою та невеликою кількістю -фази (до 5%).

3. ( + )-сплави, структура котрих представлена - та -фазами; в сплавах цього типу можлива присутність невеликої кількості інтерметалідів.

4. Псевдо--сплави, структура котрих представлена після гартування або нормалізації з -області тільки -фазою. Концентрація -стабілізаторів в цих сплавах більша за С_кр. У відпаленому стані структура цих сплавів представлена -фазою та невеликою кількістю -фази.

5. -сплави, структура котрих представлена термодинамічно стабільною -фазою.

6. Сплави на основі інтерметалідів.

Класифікація за структурою в загартованому стані:

1. Сплави мартенситного класу, структура котрих після гартування з температури вище Ас₃ представлена мартенситними фазами  або .

2. Сплави перехідного класу, структура котрих після гартування з температур вище Ас₃ представлена мартенситом  () та -фазою.

3. -сплави, структура котрих після гартування представлена -фазою.

В загартованому стані титанові сплави мартенситного класу класифікують на 2 підгрупи:

1. Сплави, що твердіють при гартуванні (структура ).

2. Сплави, м’які після гартування (структура ).

За стабільністю -фази після гартування з температур -області титанові сплави класифікують на 3 підгрупи:

1. Сплави з механічно нестабільною -фазою.

2. Сплави з механічно стабільною -фазою.

3. Сплави з термодинамічно стабільною -фазою.

Класифікація титанових сплавів за здатністю до зміцнення при старінні:

1. Сплави, які термічно не зміцнюються .

2. Термічно зміцненні сплави за рахунок дисперсійного твердіння.

Класифікація титанових сплавів за коефіцієнтом стабілізації (К_):

Коефіцієнт -стабілізації (К_) показує наскільки даний сплав наближається до критичної концентрації С_кр. Коефіцієнт К_ розраховують із співвідношення:

К_ = С₁/С_1кр + С₂/С_2кр + С₃/С_кр3 + … + С_і/С_ікр,

де С₁, С₂, С₃ … С_і – вміст різних -стабілізаторів,

С_1кр, С_2кр, С_3кр … С_ікр – критична концентрація (С_кр).

Коефіцієнт (К_) дає лише наближену оцінку -стабілізації, він не враховує вплив -стабілізаторів та нейтральних елементів.

В залежності від значення коефіцієнта К_ сплави поділяють на класи:

1. -сплави (К_ = 0).

2. Псевдо--сплави (К_  0,25).

3. ( + )-сплави (К_ = 0,3…0,9). Для сплавів перехідного класу - К_ = 1,0…1,4).

4. Псевдо--сплави (К_ = 1,5…2,4).

5. -сплави (К_  2,4).

Класифікація титанових сплавів за еквівалентним вмістом молібдену та алюмінію.

При розгляді багатокомпонентних титанових сплавів приймається, що дія всіх -стабілізаторів може бути виражена сумарним еквівалентом вмісту молібдена Мо_екв, при котрому кількість -фази, її стабільність, здатність до перетворення в подвійному сплаві Ті-Мо буде така ж, як і в сплаві, що розглядається [10]:

Мо_екв = (х_іС_Мо/С_і),

де С_Мо та С_і – критичні концентрації легувального елементу та молібдену відповідно.

1%Мо (мас.) відповідає %: 4Та; 3,3Nb; 2W; 1,4V; 0,6Cr; 0,6Mn; 0,5Fe; 0.8Ni. Тоді:

Мо_екв = %Mo + %Ta/4 + %Nb/3,3 + %W/2 + %V/1,4 +

+ %Cr/0,6 + %Mn/0,6 + %Fe/0,5 + %Ni/0,8

Молібденовий еквівалент та коефіцієнт -стабілізації сплавів базуються на однаковому принципі. Різниця полягає тільки в тому, що Мо_екв дає абсолютні значення концентрації -стабілізації, а К_ - відносні. Співвідношення між цими характеристиками К_ = Мо_екв /С_крМо = Мо_екв /11.

Вплив алюмінію та нейтральних елементів на структуру та властивості багатокомпонентних титанових сплавів оцінюється за допомогою алюмінієвого еквіваленту [10]. Цей еквівалент визначають двома способами. Перший спосіб: співставлення -стабілізаторів та нейтральних елементів за впливом на твердорозчинне зміцнення -фази. Введення в титан 1%(мас.) Al, Sn, Zr, O, Si, C, N підвищує тимчасовий опір руйнуванню на 60, 30, 20, 1250, 200, 700, 2000 МПа відповідно. Вміст азоту та вуглецю в усіх титанових сплавах майже однаковий, тому їх не враховують. Тоді алюмінієвий еквівалент за міцністю (Al^міц_екв):

Al^міц_екв = %Al + %Sn/2 + %Zr/3 + 20(%O) + 3,3(%Si)

Другий спосіб: структурний еквівалент -стабілізаторів та нейтральних елементів Al^стр_екв оцінюється за умови утворення впорядкованої ₂-фази на основі хімічної сполуки Ti₃Al:

Al^стр_екв = %Al + %Sn/3 + %Zr/6 + 10(%O).

Критична концентрація Al^стр_екв дорівнює 9%. При більшому значенні структурного еквіваленту утворюється така кількість ₂-фази, яка призводить до різкого зниження пластичності.

Більш повне співставлення сплавів за фазовим складом ілюструють структурні діаграми Al_екв – Мо_екв (рис.3.18–3.20). На класифікаційній діаграмі (рис.3.19) відмічено переважний вплив алюмінію та нейтральних елементів на утворення -фази при гартуванні сплавів перехідного класу та псевдо--сплавів.

Класифікація титанових сплавів за призначенням:

1. Конструкційні загального призначення.

2. Жароміцні.

3. Корозійностійкі.

4. Криогенного призначення.

Класифікація титанових сплавів за способом виготовлення виробів:

1. Деформівні.

2. Ливарні.

Класифікація титанових сплавів за рівнем міцності:

1. Маломіцні сплави (_в  500МПа).

2. Сплави середньої міцності (_в = 500–1000МПа).

3. Сплави високої міцності (_в  1000МПа)

Рисунок 3.18 – Діаграма фазового складу титанових сплавів

після простого відпалу в координатах Alекв – Моекв [10]

Рисунок 3.20 – Діаграма фазового складу загартованих титанових сплавів

з -області в координатах Alекв – Моекв Цифри відповідають маркам

сплавів. Наприклад: 1 – ОТ4-0, 4 – ОТ4, 7 – ВТ9, 13 – ВТ3-1, 18 – ВТ23,

36 - ВТ30, 57 – ВТ35 [10]