6. Титан і сплави на його основі. Термічна обробка титанових сплавів

Титан – це сріблясто-білий метал з атомним номером 22, атомною масою 47,9, густиною =4,5 г/см³, температурою плавлення t_пл=1672^оС, має дві поліморфні модифікації: низькотемпературну Ті_ з ГПУ решіткою і високотемпературну Ті_ з ОЦК решіткою.

Титан – хімічно активний метал, але на повітрі швидко покривається захисною плівкою оксидів, через що набуває високої стійкості на повітрі, у воді, в органічних і неорганічних кислотах, тобто має високу корозійну стійкість. Крім того, титан і сплави на його основі характеризуються високою питомою міцністю. Недоліками титану є його активна взаємодія з азотом, киснем та воднем, схильність до водневої крихкості. Азот, вуглець, кисень і водень, зміцнюючи титан, знижують його пластичність, опір корозії, зварюваність. Титан погано оброблюється різанням і задовільно тиском.

Сплави на основі титану. Легуючі елементи за їх впливом на температуру поліморфного перетворення титану поділяють на дві основні групи: -стабілізатори – елементи, що розширюють область існування -фази та підвищують температуру Ті_  Ті_ - перетворення, і -стабілізатори – елементи, які звужують -область і знижують температуру поліморфного перетворення. До першої групи належать Аl, Ga, La, C, O, N, Ge, а до другої – V, Ta, Nb, Zr, W, Mo, Cr, Mn, Fe, Co, Si тощо. Легуючі елементи впливають на експлуатаційні характеристики титану. Fe, Al, Mg, Cr, Sn, V, Si підвищують його міцність (_В), але знижують пластичність (, ) і в’язкість (КСU). Al, Zr, Mo підвищують жароміцність, а Mo, Zr, Nb, Ta, Pd – корозійну стійкість.

Класифікація титанових сплавів. За рівноважною структурою (після відпалу) титанові сплави поділяють на три основні групи: -сплави, (+)-сплави (двофазні) та -сплави. Сплави першої групи (-сплави) малопластичні, а третьої групи (-сплави) найбільш пластичні, але менш міцні. Найбільш високий комплекс властивостей мають двофазні (+)-сплави. Вони більш міцні, ніж однофазні, добре куються і штампуються, піддаються термічній обробці. Тому, як конструкційний матеріал, переважно застосовуються двофазні (+)-сплави. За технологічною ознакою титанові сплави поділяють на ливарні, ті, що деформуються та порошкові, а за фізико-хімічними і механічними властивостями – на високоміцні, звичайної міцності, високопластичні, жароміцні, корозостійкі.

Термічна обробка титанових сплавів. α-сплави титану не зміцнюються термічною обробкою, їх піддають лише рекристалізаційному обпалюванню. Така обробка забезпечує вищу пластичність і найбільшу термічну стабільність структури. Для деяких α+β- сплавiв застосовують зміцнююче подвійне обпалювання, яке відрізняється від ізотермічного тим, що після нагріву до температури обпалювання проходить охолоджування на повітрі і новий нагрів до 550-650^оС. Така обробка викликає підвищення міцності при деякому зниженні пластичності. Для зняття внутрішньої напруги, що виникає при механічній обробці α - і α + β - сплавів, застосовують неповне обпалювання при 500-600^о С. α+β-сплави у відмінності від α-сплавiв можуть бути зміцнені гартуванням з подальшим старінням.