2.3.2. Взаимодействие титана с другими элементами

Основные параметры начальных участков двойных диаграмм состояния титана с некоторыми элементами приведены в таблице . Полные сведения о диаграммах состояния со всеми элементами можно найти в работе //.

Таблица

Параметры начальных участков двойных диаграмм состояния

титана с некоторыми элементами

Элемент	Моди-фикация	Тип превращения	Температура превращения, оС	Ср, % (ат)	Сэ, % (ат)	Кр
Li Mg Al Si Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Sr Ag Cd Sn Zr Nb Mo	β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α β α	Э Э Пн Пв Пн Пв Э Э Пн Пв Рн Рн Рк Ру Рк Э Э Э Э Э Э Э Пн Э Пн Пв (Э) Пв Пн Э (Пн) Э Э Рк Рк Рк Рн Ру Рн Ру	(1080) (780) 890 890 1460 1080 1330 860 (1450) 885 1680 882 1620 20 1400 667 1175 550 1108 590 955 770 990 798 (1230) (870) (1450) 882 1020 851 (1200) 785 1580 845 1620 (540) 2410 20 2625 20	0,01 0,004 0,4 0,8 48,5 17,0 5,0 0,8 0,13 0,04 100 100 72,0 5,0 45,0 0,5 30,0 0,65 22,0 0,2 10,3 0,14 13,4 1,2 (20,0) (10,0) 0,018 0,019 16,3 4,2 (16,0) 7,0 16,0 6,0 35,0 50,0 100 5,0 100 2,0	(1,8) 0,01 99,9 0,4 53,0 15,0 13,7 1,1 (2,5) 0,007 100 100 75,0 60,0 45,0 13,5 39,2 18,0 29,0 13,0 24,5 4,0 35,0 5,5 (31,0) (7,0) (0,45) 0,0059 94,0 8,4 (50,0) 21,0 18,0 6,0 35,0 50.0 100 40,0 100 30,0	0,0550,0,40 0,004 1,2 0,91 1,07 0,36 0,73 0,0052 5,7 1 1 1 0,08 1 0,037 0,77 0,024 0,76 0,015 0,42 0,034 0,38 0,29 0,64 1,42 0,04 3,2 0,18 0,17 0,32 0,33 0,89 1 1 1 1 0,057 1 0,063
Примечание: Э – эвтектика, Пв – верхняя перитектика, Пн – нижняя перитектика, Рк – катотектический раствор, Ру – угловой раствор, М – монотектика, Рн – нисходящий раствор.

Результаты анализа взаимодействия титана с другими элементами приведены на рис. .

Так как титан имеет две модификации, то для выбора элементов, которые могут быть основными легирующими добавками, нужно использовать критерий растворимости С_р для α – титана и критерий распределения К_р для β – титана. Условиями выбора таких элементов, повышающих механические свойства титана можно считать С_р > 0,2 и К_р > 0,75. Этому условию удовлетворяют 23 элемента. Если отсеять дорогостоящие (Sc, Ge, Ga, Te, Ru и др.), то остается 9 элементов: Al, V, Cr, Mn, Fe, Zr, Nb, Mo, Sn, которые можно использовать при разработке титановых сплавов. К этим металлам можно добавить Si, который немного удовлетворяет принятым критериям. Вольфрам имеет слишком высокую плотность, поэтому его применение нецелесообразно.

Вредными примесями для титановых сплавов должны служить C, N, O, H, что и подтверждено практикой. Имеют малую растворимость в титане Fe и Si. Их содержание следует ограничивать из-за опасности образования заэвтектических включений.

Титановые сплавы слабо реагируют на введение модификаторов. К их числу может быть причислен только бор.

Схема влияния легирующих элементов на температуру полиморфного превращения и стабильность α и β фаз приведена на рис. . Все элементы по этому фактору делятся на три группы: α – стабилизаторы (рис. а), повышающие температуру полиморфного превращения (к ним относятся алюминий, галлий, индий, кислород, азот и углерод; β – стабилизаторы, понижающие температуру полиморфного превращения; и нейтральные упрочнители, мало влияющие на температуру превращения (олово, цирконий, гафний, германий, торий). Элементы β – стабилизаторы, в свою очередь, подразделяют на эвтектоидообразующие (рис. б) и изоморфные (рис. в, г ). В сплавах титана с элементами первой подгруппы (Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Cr) при достаточно низкой температуре β- фаза претерпевает эвтектоидный распад. В сплавах, содержащих Mn, Fe, Cr эвтектоидные превращения протекают медленно и при обычных скоростях охлаждения не реализуются, сохраняя в структуре β- фазу. Под влиянием элементов второй подгруппы- изоморфных стабилизаторов (V, Nb, Mo, Ta, Ru и др.) β- фаза сохраняется до комнатной температуры.

Рис. . Схема влияния легирующих элементов на температуру полиморфного превращения титана: а - α – стабилизаторы; б - эвтектоидообразующие β – стабилизаторы; в, г - изоморфные β – стабилизаторы.

Нейтральные упрочнители могут или повышать или понижать температуру полиморфного превращения, но в меньшей степени, чем элементы α – и β – стабилизаторы.

Элементы, стабилизирующие α – фазу, а также нейтральные упрочнители, хорошо растворяются в α – титане