Краткая характеристика титана и сплавов на его основе

Титан (Ti) – легкий и прочный металл с высокой химстойкостью к целому ряду химически активных сред (_В =450-600 МПа, _Ti= 4500 кг/м³).

Титан стоек к органическим кислотам (кроме муравьиной и щавелевой), окислительным средам, растворам многих солей, морской воде.

Титан не стоек к хлору и брому, концентрированной азотной кислоте, хлороводородной (соляной) кислоте любой концентрации, серной кислоте, фтороводородной (плавиковой) кислоте.

Применение в химическом аппарато- и машиностроении:

• для облицовки (футеровки) или изготовления реакторов;

• для изготовления насосов и трубопроводной арматуры;

• трубы – для изготовления змеевиков и трубчаток.

Максимальная температура эксплуатации t_экспл 350C.

Сплавы титана с другими элементами имеют повышенные механические показатели (прежде всего, _р = _в). Важнейшими элементами – упрочнителями Ti-сплавов являются Al, Si, Fe, Mn, Mo, Cr, V. При расчетах принимают, что упрочнение от введения 1% элемента составляет, МПа:

Mn Fe Al Mo Cr V Zr Sn

130 10 70 60 60 63 30 20

Так, сплав ВТ-4, содержащий 4% Al и 1,5% Mn, имеет прочность _в=850 – 1050 МПа. Почти все Ti-сплавы содержат Al (как Fe-сплавы содержат С) – дешевый и легкий элемент.

По способам переработки в детали Ti-сплавы делятся на деформируемые и литейные.

Основные области применения Ti и его сплавов:

• авиация и ракетостроение;

• химическая промышленность;

• морское и речное судостроение;

• криогенная техника (высокая ударная вязкость Ti-сплавов сохраняется до температуры жидкого водорода – 253C).

Краткая характеристика алюминия и алюминиевых сплавов

Алюминий (Al) – легкий пластичный металл с высокой тепло- и электропроводностью:

_В =150 МПа; = 50 %; _Al = 2700 кг/м³.

Технический Al хорошо сваривается, из него производят строительные конструкции и малонагруженные детали машин. Заметно бóльшую прочность имеют Al-сплавы, которые подразделяются по технологическим свойствам на три группы:

• деформируемые сплавы, не упрочняемые термообработкой;

• деформируемые сплавы, упрочняемые термообработкой;

• литейные сплавы.

Упрочняемые термообработкой деформируемые сплавы – дюралюмины. Дюралюмины являются сложными сплавами системы Al-Cu-Mg или Al-Mg-Zn-Cu.

прочность дюралюмина Д1: _В=410 МПа;

прочность дюралюмина Д2: _В=520 МПа.

Недостаток дюралюминов: меньшая коррозионная стойкость по сравнению с алюминием.

Применение дюралюминов: авиа-, автомобиле- и вагоностроение; строительство.

Основной вид литейных Al-сплавов – силумины, т.е. сплавы системы Al-Si (10 – 13% Si). Присадки других элементов изменяют следующие свойства силуминов:

• Mg и Cu – приводят к упрочнению силумина при старении;

• Ti и Zr – измельчают кристаллическое зерно, способствуя упрочнению;

• Mn – повышает антикоррозионные свойства;

• Ni и Fe – повышают жаропрочность.

Прочность силумина АЛ-2: _В =180 МПа.

Сплавы АЛ-1 и АЛ-20 являются жаропрочными при 275 – 300 С.

Краткая характеристика магния и сплавов на его основе

Магний (Mg) – очень легкий, но мягкий и непрочный механически, весьма активный химически (вплоть до самовозгорания на воздухе) металл.

_В =190 МПа; = 18 %; Е = 4,5·10³ МПа; ρ =1740 кг/м³.

Основными магниевыми сплавами являются сплавы Mg с Al, Zn, Mn, Zr. Магниевые сплавы также подразделяются на деформируемые и литейные. После закалки и старения прочность _В деформируемых сплавов повышается на 10 – 30%, а литейных – на 30 – 60%.

Прочности деформируемых сплавов (примеры): МА-1 _В =210 МПа; МА-9 _В =270 МПа.

Прочность литейных сплавов: МЛ-3 _В =180 МПа; МЛ-5 _В =240 МПа.

Применение магниевых сплавов: самолето- и ракетостроение; двигателе- и приборостроение; производство изделий бытового назначения.

Ниже приведены удельные прочности ряда металлических материалов (табл. 3).

Таблица 3

Удельные прочности ряда металлов

Материал	р =в , МПа	, т/м3	р /, МПа/( т/м3)
Титановые сплавы	1250	4,5	280
Алюминиевые сплавы	500	2,72	180
Магниевые сплавы	260	1,74	150
Легированная сталь	1200	7,85	150