- •Матеріалознавство
- •Передмова
- •Умови роботи обладнання переробної промисловості
- •Розділ 1. Матеріалознавство. Особливості атомно-кристалічної будови металів
- •1.2. Метали, особливості атомно-кристалічної будови
- •1.3. Поняття про ізотропію і анізотропію
- •1.4. Алотропія, або поліморфні перетворення
- •1.5. Магнітні перетворення
- •Розділ 2. Будова реальних металів. Дефекти кристалічної будови
- •2.1. Дефекти кристалічної структури
- •2.2. Дислокація, її утворення та види
- •Розділ 3. Кристалізація металів. Методи дослідження металів
- •3.1. Механізм та закони кристалізації металів
- •3.2. Будова металевого злитку
- •3.3. Методи дослідження металів: структурні і фізичні
- •3.4. Визначення хімічного складу
- •3.5. Вивчення структури
- •3.6. Фізичні методи дослідження
- •Розділ 4. Загальна теорія сплавів. Будова, кристалізація і властивості сплавів. Діаграма стану
- •4.1. Поняття про сплави і методи їх отримання
- •4.2. Особливості будови, кристалізації і властивостей сплавів: механічних сумішей, твердих розчинів, хімічних сполук
- •4.3. Класифікація сплавів твердих розчинів
- •Розділ 5. Механічні та експлуатаційні властивості металів
- •5.1. Механічні властивості і способи визначення їх кількісних характеристик: твердість, в'язкість, втомна міцність
- •5.2. Експлуатаційні властивості
- •Розділ 6. Залізовуглецеві сплави. Діаграма стану «залізо – вуглець»
- •6.1. Залізовуглецеві сплави
- •6.2. Компоненти і фази залізовуглецевих сплавів
- •6.3. Структури залізовуглецевих сплавів
- •Розділ 7. СталІ. Класифікація і маркування сталей
- •7.1. Вплив вуглецю і домішок на властивості сталей
- •7.2. Призначення легуючих елементів та їх розподіл у сталях
- •7.3. Класифікація і маркування сталей
- •Розділ 8. Чавуни. Будова, властивості, класифікація і маркування чавунів
- •8.1. Класифікація чавунів
- •8.2. Будова, властивості, класифікація і маркування сірих чавунів
- •8.3. Високоміцний чавун із кулькоподібним графітом
- •8.4. Ковкий чавун
- •Розділ 9. Кольорові метали і сплави на їх основі
- •9.1. Титан і його сплави
- •9.2. Алюміній і його сплави
- •9.3. Магній і його сплави
- •9.4. Мідь і її сплави
- •Розділ 10. Пластмаси й їх класифікація, властивість і галузь застосування
- •10.1. Загальні відомості про пластмаси й їх класифікація
- •10.2. Термопластичні пластмаси
- •10.3. Термореактивні пластмаси
- •10.4. Синтетичні еластоміри, каучук, гума
- •Розділ 11. Деревина та її властивості
- •11.1. Загальні відомості
- •11.2. Будова дерев. Види деревини
- •11.3. Фізичні і механічні властивості деревини
- •11.4. Матеріали і напівфабрикати із деревини
- •Розділ 12. Скло. Властивості та застосування
- •12.1. Загальні відомості
- •12.2. Технологія отримання скла
- •12.3. Марки скла
- •12.4. Властивості скла
- •12.5. Види скла за призначенням
- •Протипожежне скло – армоване скло. Розділ 13. Практичне застосування матеріалів у харчовій і переробній промисловостЯх
- •13.1. Вироби з чорних та кольорових металів
- •13.2. Неметалеві матеріали в переробній промисловості
- •13.3. Екологічна небезпека матеріалів у переробній промисловості
- •Організація та методика проведення лабораторних робіт
- •Лабораторна робота 2 металографічний аналіз металів та сплавів
- •Лабораторна робота 3 вивчення структури сталей та чавунів
- •Лабораторна робота 4 вивчення мікроструктури кольорових металів та сплавів
- •Лабораторна робота 5 вивчення властивостей пластмас
- •Лабораторна робота 6 Вивчення властивостей деревини
- •6.2. Будова деревини
- •6.2.1. Макроструктура
- •6.2.2. Мікроструктура
- •6.3. Фізико-механічні властивості
- •6.3.1. Визначення вологості деревини прискореним методом
- •6.3.2. Визначення середньої густини деревини
- •6.3.3. Визначення граничної міцності за стискання
- •6.3.4. Визначення граничної міцності за згинання
- •6.4. Контрольні запитання для захисту роботи
Розділ 9. Кольорові метали і сплави на їх основі
Кольорові метали є дорожчими і дефіцитнішими, в порівнянні з чорними металами, проте галузь їх застосування в техніці безперервно розширюється. Це сплави на основі титану, алюмінію, магнію, міді.
Перехід промисловості на сплави з легких металів значно розширює сировинну базу. Титан, алюміній, магній можна отримувати з бідних і складних за складом руд, відходів виробництва.
9.1. Титан і його сплави
Титан – сріблясто-білий легкий метал зі щільністю 4,5 г/см3. Температура плавлення титану залежить від ступеня чистоти і знаходиться в межах 1660–1680 oС.
Чистий титан, в якому сума домішок складає 0,05–0,1 %, має модуль пружності 112000 МПа, межа міцності – близько 300 МПа, відносне видовження – 65 %. Наявність домішок значно впливає на властивості. Для технічного титана Вт1 із сумарним вмістом домішок 0,8 % межа міцності складає 650 МПа, а відносне видовження – 20 %.
За температури 882 oС титан зазнає поліморфного перетворення – титан із гексагональними ґратами переходить у титан з об'ємно-центрованими кубічними ґратами. Наявність поліморфізму у титану створює передумови для поліпшення властивостей титанових сплавів за допомогою термічної обробки.
Титан має низьку теплопровідність. За нормальної температури має високу корозійну стійкістю в атмосфері, у воді, в органічних і неорганічних кислотах (не стійкий у плавиковій, міцних сірчаній і азотній кислотах) завдяки тому, що на повітрі швидко покривається захисною плівкою щільних оксидів. За нагрівання вище 500 oС стає дуже активним елементом. Він або розчиняє майже всі контактуючі з ним речовини, або утворює з ними хімічні сполуки.
Титанові сплави мають переваги, в порівнянні з іншими:
поєднання високої міцності (σВ = 800–1000 МПа) з хорошою пластичністю (δ = 12–25 %);
мала щільність, що забезпечує високу питому міцність;
хороша жароміцність, до 600–700 oС;
висока корозійна стійкість в агресивних середовищах.
Однорідні титанові сплави, не схильні до старіння, використовують у криогенних установках до гелієвих температур.
У результаті легування титанових сплавів можна отримати потрібний комплекс властивостей. Легуючі елементи, що входять до складу промислових титанових сплавів, утворюють із титаном тверді розчини заміщення і змінюють температуру алотропічного перетворення. Вплив легуючих елементів на поліморфізм титану показаний на рис. 9.1.
Рис. 9.1. Вплив легуючих елементів на поліморфізм титану
Елементи, що підвищують температуру перетворення, сприяють стабілізації α-твердого розчину і називаються α-стабілізаторами, це алюміній, кисень, азот, вуглець.
Елементи, що знижують температуру перетворення, сприяють стабілізації β-твердого розчину і називаються β-стабілізаторами, це молібден, ванадій, хром, залізо.
Окрім стабілізаторів розрізняють нейтральні зміцнювачі: олово, цирконій, гафній.
Відповідно до впливу легуючих елементів, титанові сплави за нормальної температури можуть мати структуру або α+β.
Сплави на основі титану можна піддавати всім видам термічної обробки, хіміко-термічній і термомеханічній обробці. Зміцнення титанових сплавів досягається легуванням, наклепуванням, термічною обробкою.
Часто титанові сплави легують алюмінієм – він збільшує міцність і жароміцність, зменшує шкідливий вплив водню, збільшує термічну стабільність. Для підвищення зносостійкості титанових сплавів їх піддають цементації або азотуванню.
Основним недоліком титанових сплавів є погана оброблюваність ріжучим інструментом.
За способом виробництва деталей розрізняються сплави, що деформуються (ВТ 9, ВТ 18), і ливарні (ВТ 21Л, ВТ 31Л).
Області застосування титанових сплавів:
авіація і ракетобудування (корпуси двигунів, балони для газів, сопла, диски, деталі кріплення);
хімічна промисловість (компресори, клапани, вентилі для агресивних рідин);
устаткування для обробки ядерного палива;
морське і річкове суднобудування (ґвинти, обшивка морських судів, підводних човнів);
криогенна техніка (висока ударна в'язкість зберігається до - 253 oС).