Титан и его сплавы

Свойства титана:

• Т_пл=1665°С,

• полиморфизм: ниже температуры 882°С устойчив α-Ti с гексагональной плотноупакованной решеткой, выше этой температуры – β-Ti с объемно центрированной кубической решеткой.

• высокая удельная прочность;

• низкий удельный вес, титан почти в два раза легче стали;

• высокая прочность (удельная прочность);

• высокая пластичность;

• жаростойкость;

• малая электропроводность;

• коррозионная стойкость;

• хорошая обрабатываемость давлением и свариваемость.

Основными легирующими элементами в титановых сплавах являются алюминий, хром, молибден, ванадий, железо, олово, цирконий. По влиянию на температуру полиморфного превращения легирующие элементы титановых сплавов делят на три группы:

• α-стабилизаторы – Al, N, O - увеличивают температуру полиморфного превращения и расширяют область α-титана;

• нейтральные элементы - Sn, Zr – практически не влияют на точки полиморфного превращения;

• β-стабилизаторы – Cr, W, Mo, V, Mn, Fe - снижают температуру полиморфного превращения и расширяют область β-титана.

В зависимости от типа и количества легирующих элементов титановые сплавы по структуре делятся на -сплавы, -сплавы и двухфазные +-сплавы.

α-титановые сплавы – это сплавы, легированные в основном алюминием, например, ВТ5 (5% Al), ВТ5-1 (5%Al+2,5%Sn) Их упрочняют холодной пластической деформацией (получают листы, ленты, профили). Для снятия наклепа проводят рекристаллизационный отжиг. Структура:  - твердый раствор легирующих элементов в α-Ti.

β-титановые сплавы содержат большое количество β-стабилизаторов и представляют собой твердый раствор легирующих элементов в β-титане. Из-за повышенной хрупкости и плотности эти сплавы не нашли широкого применения в промышленности.

α+β-титановые сплавы – это сплавы, легированные алюминием и β- стабилизаторами, например, ВТЗ (5%Al+2,5%Cr), ВТЗ-1 (5%Al+2,5%Cr+2,5%Mo), ВТ6 (6%Al+4,5%V), ВТ8 (6%Al+3,5%Mo).

α+β-сплавы можно упрочнять закалкой с последующим старением, эти сплавы отличаются наилучшим сочетанием прочности и пластичности, удовлетворительно свариваются и обрабатываются резанием, хорошо куются, штампуются и прокатываются.

Применение. Из титановых сплавов изготавливают корпуса подводных лодок, спутников, реактивную технику, навигационную технику (как немагнитный материал). Титановые сплавы применяются в судостроении (гребные винты, обшивки морских судов), в химическом машиностроении, в криогенной технике и т.д.

Задача:

Сталь для измерительного инструмента: 40Х. ТО = З + низкий отпуск. Структура: Мотп + карбиды

Сталь для штампа: 5ХН. ТО = З в масле + высокий отпуск. Структура: троостосорбит, твердость 40…..45, рабочая температура 500…..550

Билет № 4

1. На диаграмму железо-углерод нанести температуры нагрева до- и заэвтектоидных сталей под закалку, отжиг, нормализацию. Назначение каждого из этих процессов. Получаемые структура и свойства.

Цель отжига – получение равновесной структуры. Это достигается путем медленного охлаждения детали вместе с печью (рис. 38). Структуры сталей после отжига соответствуют равновесной диаграмме состояния (Fe-Fe₃C):

• доэвтектоидных - П+Ф,

• эвтектоидной – П,

• заэвтектоидных – П+Ц_II.

Виды отжига:

Рекристаллизационный отжиг проводится для снятия наклёпа. Температура нагрева сталей 650…700°С (Рис.39).

Отжиг для снятия остаточных напряжений (в отливках, сварных соединениях и др.) проводится при температуре 550..650°С.

Диффузионный отжиг (гомогенизация) применяется для легированных сталей с целью устранения химической и структурной неоднородности, Т_нагр= 1100..1200°С (Рис.39), выдержка 15..20 часов. После диффузионного отжига формируется крупнозернистая структура (П+Ф).

Полный отжиг проводится для доэвтектоидных сталей с целью получения мелкозернистой равновесной структуры с пониженной твёрдостью и высокой пластичностью и снятия внутренних напряжений. Полный отжиг проводится при температуре на 30..50°С выше линии А_С3 (Рис.38), происходит полная фазовая перекристаллизация, структура – П+Ф, мелкозернистая. Полный отжиг заэвтектоидных сталей не применяется, так как приводит к образованию структуры П+Ц_II с хрупкой цементитной сеткой.

Неполный отжиг доэвтектоидных сталей проводится при температуре на 10…30°С выше линии А_С1 (Рис.39) с целью снизить твёрдость для улучшения обработки резанием. Происходит частичная перекристаллизация. Применяется вместо полного отжига, если не требуется измельчение зерна.

Для заэвтектоидных сталей назначается только неполный отжиг. Он проводится при температуре на 10…30°С выше линии А_С1 (Рис.39) с целью получения зернистого перлита. Такой отжиг называется сфероидизирующим.

Изотермический отжиг применяется для легированных сталей и заключается в нагреве выше линии А_С3, быстром охлаждении до 620…660°С с последующей изотермической выдержкой в течение 3…6 часов до полного распада аустенита с образованием сорбита пластинчатого. Далее ведут охлаждение на воздухе.

Нормализация – это нагрев доэвтектоидных сталей на 40…50 °С выше А_С3, заэвтектоидных – на 40..50°С выше А_Сm, выдержка и последующее охлаждение на спокойном воздухе

При нагреве происходит полная фазовая перекристаллизация, в результате охлаждения получают высокодисперсные феррито-цементитные смеси. Структуры:

• доэвтектоидных сталей - С+Ф,

• эвтектоидной – С,

• заэвтектоидных – С+Ц_II.

После нормализации сталь имеет более высокую прочность, твёрдость, сопротивление хрупкому разрушению, по сравнению с отжигом.

Цель нормализации - устранение крупнозернистой структуры, полученной при предшествующей обработке (литье, горячей прокатке, ковке или штамповке, диффузионном отжиге). Нормализацию применяют:

• для низкоуглеродистых сталей - вместо отжига,

• для среднеуглеродистых – вместо закалки с высоким отпуском,

• для высокоуглеродистых (заэвтектоидных) – для частичного устранения цементитной сетки,

• для некоторых легированных сталей – вместо закалки.

2. Нержавеющие стали аустенитного класса. Назначение легирующих элементов. Марки. Режим термической обработки. Причины интеркристаллитной коррозии и способы ее устранения.

Легирующие элементы в сталях

Для улучшения свойств в стали дополнительно вводят легирующие элементы (ЛЭ). Наиболее часто используют хром (Cr), никель (Ni), марганец (Mn), кремний (Si), молибден (Mo), вольфрам (W), ванадий (V), ниобий (Nb), титан (Ti).

Коррозия – разрушение металла под действием окружающей среды.

Электрохимическая коррозия происходит под воздействием электролитов: водных растворов кислот, щелочей, солей, морской и речной воды, влажного воздуха (атмосферная коррозия), почвы и т.д

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали – это стали устойчивые против электрохимической коррозии. Для защиты от электрохимической коррозии в сталь вводят хром в количестве не менее 13%, при этом электрохимический потенциал становится положительным

Хромоникелевые нержавеющие стали аустенитного класса имеют пониженное содержание углерода (0,04…0,17%С) для предотвращения образования карбидов, содержат 17…19%Cr для защиты от коррозии и 8…12%Ni для стабилизации аустенитной структуры: 12Х18Н8, 08Х18Н10. В равновесном состоянии стали имеют структуру аустенит+карбиды хрома М₂₃С₆. Путем закалки от температуры 1100…1150С в воде или на воздухе обеспечивается растворение карбидов и получение однофазной структуры легированного аустенита.

Эти стали не упрочняются термообработкой, повышение прочности достигается наклепом в результате холодной пластической деформации. Хромоникелевые стали обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью в окислительных и других агрессивных средах, хорошей обрабатываемостью давлением.

Аустенитные хромоникелевые стали склонны к межкристаллитной коррозии (МКК) - коррозии по границам зерен. Это происходит из-за локального выделения карбидов хрома и обеднения хромом пограничных участков аустенита. Чем меньше в стали углерода, тем ниже ее склонность к МКК. Для снижения склонности к МКК в стали вводят титан или ниобий (например, 12Х18Н9Т или 08Х18Н12Б), которые связывают углерод в карбиды TiC или NbC, сохраняя весь хром в твердом растворе.

Аустенитные хромоникелевые стали отличаются широким масштабом применения для различных изделий, работающих в агрессивных средах, в частности, в химической и пищевой промышленности

1. Медь и ее сплавы. Состав, структура, маркировка. Свойства и применение медных сплавов.