.Титан и его сплавы.

^{Титан -металл светло-серого цвета,γ=4,5г/см3). Т}_пл^{=1668, до 882 °С -ГПУ,выше-ОЦК}

^{Маркировка: ВТ1-00 (99,53 % Ti); BT1-0 (99,46 % Ti) BT-1 (99,44 % Ti).}

^{Свойства: титан обрабатывается давлением, сваривается, но обработка резанием его затруднена, повышенное сопротивление коррозии в пресной и морской воде, а также в некоторых кислотах. Титан устойчив против кавитационной коррозии и коррозии под напряжением до Т = 400-500˚С не окисляется, выше активно взаимодействует с газами.хорошая свариваемость,низкие антифрикционные свойстваю}

^{Применение технического титана: титан поставляют в виде листов, труб, прутков, проволоки и других полуфабрикатов.}

^{Вредные примеси -азот, углерод, кислород и водород, которые понижают пластичность, ухудшают свариваемость титана, увели чивают его твердость и прочность и снижают сопротивление коррозии}

^{Для улучшения механических свойств титан легируют А1, Мо, V, Mn, Cr, Sn, Fe, Zr, а также в небольших количествах Si.}

^{Легирующие элементы, входящие в состав промышленных титановых сплавов, образуют с титаном твердые растворы замещения и наряду с примесями изменяют температуру аллотропического (полиморфного) превращения}

^{Al, N, О, повышают температуру полиморфного превращения (α→γ) и расширяют α -область; их называют α -стабилизаторами. Мо, V, Mn, Fe, Cr, понижают температуру полиморфного превращения (α→γ) и расширяют область существования β-фазы; их называют β -стабилизаторам}

^{В сплавах титана с хромом, марганцем, железом, кремнием происходит эвтектоидпый распад β -фазы по типу β→α+TiMe с образованием химических соединений—интерметаллидов (титанидов). Однако эвтектоидное превращение протекает медленно и в обычных усло­виях при комнатной температуре сохраняется не распавшаяся β -фаза.}

^{Sn, Zr, Hf не оказывают существенного влияния на температуру α→γ перехода.}

^{Титановые сплавы по структуре в равновесном состоянии подразделяют на α -сплавы (однофазные) и (α+ β)-сплавы (двухфазные).}

Термическая обработка титановых сплавов

^{Рекристаллизационный отжиг применяют для титана и сплавов с α -структурой для снятия напряжений, созданных предшествующей деформацией. Температура должна быть выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры аллотропии ческого превращения α→ β , так как в β -области происходит очень быстрый рост зерна. Тот520до850 °С в зависимости от химического состава сплава и вида полуфабриката.}

^{Отжиг с фазовой перекристаллизацией применяют для α+ β сплавов с целью снижения твердости, повышения пластичности, измельчения зерна, устранения структурной неоднородности. Применяют простой, изотермический и двойной отжиг; Т≈750—950 °С (в зависимости от состава сплава).}

^{Простой отжиг предусматривает нагрев (α+ β) сплавов до температуры отжига, выдержку и медленное охлаждение. Образующаяся при нагреве β -фаза (иногда с остаточной α -фазой) при медленном охлаждении распадается и выделяет α -фазу, в результате чего образуетсядвухфазная структура(α+ β) ,близкая к равновесной}

^{Изотермический отжиг позволяет получить более термически стабильные свойства титановых сплавов. Изотермический отжиг можно разбить на четыре этапа:}

^{1.Нагрев до (обычно 800—950 °С), для снятия наклепа 2. Охлаждение до 500—650 °С 3. Выдержка при данных температурах для стабилизации β -фазы 4. Охлаждение на воздухе.}

^{Изотермическим отжигом достигается высокая прочность и жаропрочность в сочетании с хорошей пластичностью сплава.}

^{Двойной отжиг отличается от изотермического тем, что после выдержки на высокотемпературной ступени (800—950 °С) сплав охлаждают до комнатной температуры и затем повторно нагревают до температуры II ступени. В процессе охлаждения от I ступени до комнатной температуры в сплаве фиксируется неустойчивая р-фаза, распадающаяся на II ступени отжига. Фактически II ступень при двойном отжиге является старением: образующиеся мелкодисперсные продукты распада упрочняют сплав. Двойной отжиг способствует увеличению сопротивления ползучести.}

^{Закалка применяется только для двухфазных сплавов. В зависимости от химического состава, в первую очередь от суммарного содержания легирующих β -стабилизаторов, в титановых сплавах при закалке может происходить мартенситное превращение или фиксироваться высокотемпературное состояние β-фазы при комнатной температуре.}

^{П ри закалке сплавов, содержащих β -стабилизатора меньше С}_а ^{образуется игольчатая фаза мартенситного типа, называемая α'.}

^{В интервале С}_а^—С₁ ^{процесс закалки протекает так же, как и при концентрациях, меньших С}_а ^{стой лишь разницей, что вместо α'-фазы образуется α"-фаза.}

^{Фаза α" представляет собой подобно α' фазе твердый раствор легирующих элементов в α -титане, но по сравнению с α' -фазой более насыщена, так как образуется в сплавах с большей концентрацией легирующих элементов; α" -фаза имеет ромбическую решетку. Эта фаза образуется только в титановых сплавах, легированных Mo, V, Nb и другими элементами, атомные радиусы которых близки к атомному радиусу титана; как и α' -фаза, она имеет игольчатое строение, но твердость и прочность ее значительно ниже.}

^{В интервале С}₁ ^–С_к ^{β -фаза только частично превращается в α"-фазу и образуется структура α"+ β Сохранившаяся β-фаза называется нестабильной (βнест).}

^{Внутри βнест образуется ω-фаза, которая когерентна с решеткой β-фазы, имеет искаженную гексагональную кристаллическую решетку, повышает твердость и резко охрупчивает сплавы. При закалке сплавов с концентрацией β -стабилизатора от С}_к ^{до С}₃ ^{мартенситное превращение не происходит, и сплавы имеют структуру βнест+ ω.}

^{В интервале С}₃ ^–С_β ^{при закалке фиксируется β нестабильная фаза, которая представляет собой твердый раствор легирующих элементов в β -титане.}

^{В процессе нагрева закаленных титановых сплавов происходит старение и образовавшиеся при закалке метастабильные фазы α',α",ω,βнест распадаются с образованием более стабильных дисперсных структур., α'(α")→ α+ β, α"+ βнест→ α+ β, βнест+ ω→ α+ β, βнест→ α+ β.}

^{Титановые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные; по склонности к термическому упрочнению — на термически упрочняемые и термически неупрочняемые. По структуре, которую они имеют после охлаждения на воздухе: сплавы со структурой α -твердого раствора; сплавы со смешанной структурой α+ β -твердого раствора и сплавы со структурой β -твердого раствора.}

^{Различают:}

^{1)а-сплавы Основной легирующий элемент в алюминий. Кроме того, сплавы могут содержать нейтральные элементы (Sn, Zr) и небольшое количество стабилизаторов (Мо, Fe, Cr, Mo);до 650 СС сохраняют достаточную прочность,до 1090оС сопротивляется коррозии в атмосферной среде ,хорошо свариваются}

^{Недостатки:пластичность хуже, чем у β-сплавов; закалке и старению не подвергаются.}

^{2)а + β –сплавыКроме алюминия 2— 4 % β -стабилизаторов (Cr, Mo, Fe и др.),хорошая пластичность,выше чем у сплавов α или β,подвергают закалке}

^{Недостатки: прочность до 430СС., пластичность сварного шва хуже, чем у а -сплавов,чувствительность к термической обработке (при недостаточном контроле может наблюдаться охрупчиваине}

^{3) β – Сплавы Преимущества: отличная пластичность при всех видах штамповки сохраняют достаточную прочность до 540оС, для получения высокой прочности необходима термическая обработка.}

^{Недостатки: весьма чувствительны к загрязнениям в процессе производства. Чувствительны к загрязнению атмосферными газами при температурах выше 700 °С. Высокая прочность вызывает трудности при штамповке. Относительно высокое содержание дефицитных легирующих элементов. Возможно охрупчивание при старении.}

^{Однофазные а -сплавы ВТ5 и ВТ5-1 относятся к термически неупрочняемым сплавам Это сплавы средней прочности. Олово в сплаве ВТ5-1повышает сопротивление ползучести и технологическую пластичность. Сплавы имеют стабильные механические свойства вплоть до 450—500оС. Их поставляют в виде прутков, поковок, труб, сортового проката, проволоки.}

^{Двухфазные титановые сплавы ВТЗ-1, ВТ6 и ВТ14 обладают хорошим сочетанием механических и технологических свойств. Изменяя количество а- и β -фаз, можно менять свойства сплавов в широком диапазоне. Сплав ВТЗ-1 относится к системе Ti— Al—Cr—Mo—Fe—Si и является одним из наиболее освоенных в производстве сплавов. После изотермического отжига имеет (α+β)-структуру, обеспечивающую высокую термическую стабильность и пластичность После закалки сплава ВТЗ-1 с температуры 970 СС образуется игольчатый а' мартенсит с небольшим количеством βнест распадающийся при последующем старении (600 °С) на дисперсную смесь а и β -фаз что приводит к упрочнению сплава. ВТЗ-1 жаропрочный сплав, предназначенный для длительной работы при 400—450 СС.}

^{Однофазные β -сплавы ВТ 15 являются высоколегированными (>20 % легирующих элементов) титановыми сплавами. По структуре в равновесном состоянии они относятся к двухфазным, так как в них кроме β -фазы имеется небольшое, количество а -фазы После охлаждения на воздухе фиксируется только одна βнест -фаза. Такие сплавы называют псевдо- β -сплавами.}

^{Сплав ВТ 15 системы Ti—Al— Mo—Сг в закаленном с 780—900 СС состоянии имеет структуру βнест обладает высокой пластичностью. Это позволяет деформировать сплав в холодном состоянии. При последующем старении (600 °С) из неравновесного β -раствора выделяются дисперсные частицы а -фазы, дающие значительный эффект Сплавы с неустойчивой β фазой являются наиболее высокопрочными среди титановых сплавов. Эксплуатируютдо 350оС.}

^{Литейные титановые сплавы (ВТ5Л, ВТЗ-1Л, ВТ14Л и др.) по химическому составу практически совпадают с аналогичными деформируемыми. Из этих сплавов бла годаря их высокой жндкотекучести, незначительной линейной усадке и малой склонности к образованию горячих трещин получают качественные фасонные отливки. Однако склонность титана и его сплавов к активному взаимодействию с газами н формовочными материалами заставляет проводить плавку и разливку в защитной атмосфере или вакууме. ТО не подвергают}