7.5. Сплавы на основе титана

Титан относится к полиморфным металлам и имеет две аллотропические модификации  и . Температура полиморфного превращения  составляет 882С.

Титан обладает малой плотностью, хорошей коррозионной стойкостью, высокими механическими свойствами, жаропрочностью. В атмосферных условиях на поверхности титана образуется плотная и прочная пленка TiO₂, которая обусловливает высокое сопротивление коррозии более чем в 130 агрессивных средах, в том числе в морской воде.

Технический титан ВТ 1-00 и ВТ 1-0 (ГОСТ 19807-91) используется для изготовления прессованных и катаных полуфабрикатов: листов, труб, проволоки и др. Он хорошо сваривается всеми видами сварки, но плохо обрабатывается резанием.

Существенно повысить свойства технического титана позволяет легирование его различными металлами: алюминием, хромом, марганцем, железом, оловом, молибденом, ванадием. Обозначаются титановые сплавы буквами ВТ, за которыми следует номер сплава (ВТ 5, ВТ 6, ВТ 14, ВТ 3-1 и др.).

Легирующие элементы образуют с титаном твердые растворы замещения и вместе с примесями изменяют температуру полиморфного превращения . Те из элементов, которые повышают температуру -превращения, называются -стабилизаторами (алюминий, кислород, азот). Те, которые понижают (молибден, ванадий, ниобий, хром, марганец, железо) – -стабилизаторами, так как способствуют стабилизации -твердого раствора.

Кроме - и -стабилизаторов имеются нейтральные упрочнители (олово, цирконий, гафний), которые не оказывают существенного влияния на аллотропические превращения.

В промышленности применяются титановые сплавы (табл. 20) либо со структурой -твердого раствора, либо со смешанной структурой (+)-твердые растворы.

Таблица 20

Химический состав (гост 19807-91), структура и механические свойства некоторых сплавов титана

Сплав

Содержание элементов (остальное Ti), %

Структура

в

о2

, %

Al

V

Mo

Другие

МПа

ВТ 5

4,5…6,2

1,2

0,9

0,3 Zr

-сплавы

700…950

680…850

10…15

ВТ 5-1

4,3…6,1

1

–

2…3 Sn

-сплавы

750…950

650…850

10…15

ОТ 4-1

1,5…2,5

–

–

0,7…2 Mn

Псевдо- -сплавы

600…750

470…650

20…40

ОТ 4

3,5…5

–

–

0,8…2 Mn

Псевдо- -сплавы

700…900

550…650

12…20

ВТ 20

5,5…7

0.8…2,5

0,5…2

1,5…2,5 Zr

Псевдо- -сплавы

950…1150

850…1000

8…10

ВТ 6

5,3…6,8

3,5…5,3

–

–

(+)-сплавы

1100…1150

1000…1050

14…16

ВТ 14

3,5…6,3

0,9…1,9

2,5…3,8

0,3 Zr

(+)-сплавы

1150…1400

1080…1300

6…10

ВТ 16

1,6…3,8

4…5

4,5…5,5

–

(+)-сплавы

1250…1450

1100…1200

4…6

ВТ 22

4,4…5,7

4…5,5

4…5,5

0,8…1,2 Cr; 0,8…1,2 Fe

(+)-сплавы

1100…1250

1050…1100

9…11

Титановые сплавы с -структурой до температуры 650С сохраняют достаточно высокую прочность и до 1090С коррозионную стойкость в атмосфере, загрязненной газами. Хорошо свариваются, не охрупчиваются после термической обработки. Однако пластичность при изгибе хуже, чем у -сплавов. Недостатками также являются невозможность получения высокопрочных сплавов и невосприимчивость к закалке и старению.

Сплавы с -структурой имеют очень хорошую пластичность, сохраняют достаточно высокую прочность до 540С, упрочняются термической обработкой. Но с другой стороны очень чувствительны к загрязнению атмосферными газами при температурах выше 700С, часто охрупчиваются при старении.

Титановые +-сплавы пластичны; легко куются, штампуются и прокатываются; упрочняются термической обработкой. Существенным недостатком является высокая чувствительность к режимам термической обработки, что при недостаточном их контроле ведет к охрупчиванию.

Благодаря сочетанию ряда ценных свойств титан и его сплавы находят применение во многих областях современной техники. Титановые сплавы широко используются в авиационной и ракетной промышленности. На многих предприятиях цветной металлургии из титана изготавливаются компрессоры и насосы для перекачки агрессивных сред, трубопроводы, запорная арматура, автоклавы, различные емкости, фильтры и т. д. Высокая коррозионная стойкость в морской воде дает возможность использования титана и его сплавов в судостроении для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и др. Перспективны титановые сплавы в криогенной технике.