Технический титан и его сплавы
Технический титан, применяемый промышленностью, делят на две марки: ВТ1-00 и ВТ1-0; в них, согласно ГОСТ 19807-74, допускается (соответственно) следующее содержание примесей: углерода 0,05-0,07%, кислорода 0,10-0,12%, азота до 0,04 %, водорода 0,008-0,010%, железа до 0,2%, кремния 0,08-0,10%. Однако механические свойства у ВТ1-0 несколько выше за счет увеличения суммы перечисленных примесей в нем.
Для повышения механических свойств титана его почти всегда легируют алюминием, который повышает температуру аллотропического превращения титана α β и поэтому алюминий часто называют α-стабилизатором титана.
Наоборот, элементы, понижающие эту точку, называют β -стабилизаторами. К ним относятся: молибден, ванадий, хром, марганец, железо и некоторые другие металлы.
В промышленности применяют титановые сплавы либо со структурой α-твердого раствора, либо смешанной структурой (α + β)-твердого раствора.
Алюминий, образуя с титаном твердый раствор, замещая и стабилизируя α-фазу, увеличивает прочность титана, жаропрочность и сопротивляемость окислению при высоких температурах. Поэтому алюминий является наиболее важной составляющей титановых сплавов и всегда входит в их состав. Для получения сплавов смешанной структуры титан, кроме алюминия, легируют дополнительно хромом, марганцем, молибденом, а иногда и другими β-стабилизаторами.
Химический состав и механические свойства некоторых титановых сплавов приведены в табл. 22.
Т а б л и ц а 22
Химический состав и механические свойства титановых сплавов
Все сплавы, приведенные в таблице, являются сплавами смешанной структуры α - β (кроме сплава ВТ-5).
Эти сплавы обладают почти удвоенной прочностью по сравнению с чистым титаном. Однако эта повышенная прочность сохраняется до температуры 430° С. Большинство этих сплавов обладают хорошей пластичностью и поэтому легче куются, штампуются и прокатываются, чем однофазные титановые сплавы.
Сварка этих сплавов затруднена, так как они при сварке теряют пластичность, а швы приобретают хрупкость.
Наиболее технологичным, дешевым и поэтому широко распространенным в этой группе является сплав ВТЗ-1 (по ГОСТ 19807- 74). Он обладает термической стабильностью, не становится хрупким при длительном нагреве (до 10 000 ч) до температуры 400° С, а при кратковременной работе – до 450° С. Сплав ВТ-9 может применяться для изготовления конструкций и деталей, длительно работающих при нагреве до температуры 450° С, а кратковременно-до 700 ° С.
Эти сплавы штампуются и куются, из них прокатываются и прессуются прутки и фасонные профили. Они находят применение для изготовления лопаток паровых и газовых турбин, выпускных клапанов дизельных двигателей, лопаток и дисков компрессоров, поршневых пальцев, шатунов и других деталей машин.
Сплавы, содержащие в основном алюминий и поэтому обладающие α- структурой (например, приведенный в табл. 22 сплав ВТ-5), хорошо свариваются, устойчивы против коррозии в атмосферной среде, загрязненной газами до температуры 1090 °С; сохраняют высокую прочность при нагреве до 650 ° С.
Однако их пластичность хуже, чем у двухфазных сплавов, имеющих α- и β-фазу.
Структура титановых сплавов дана на рис.7. Сплавы титана со структурой, имеющей одну β-фазу, промышленностью почти не применяются, хотя и обладают отличной пластичностью. Причиной служит их чувствительность к загрязнению атмосферными газами при нагреве, неизбежном в процессе производства.
Рис.7. Структура титановых сплавов:
а) α-сплав; б) α + β-сплав