Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [ 11 ] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

6в, бц,, МПа


W 20 3D W £,%

Рис. 13.3. Зависимость механических свойств титана от степени пластической деформации

кую пластичность (относительное удлинение 15-20%),

Пластическая деформация значительно повышает прочность титана (рис. 13.3). При степени деформации 60-70% прочность увеличивается почти в 2 раза. Для снятия наклепа проводят рекристаллизационный отжиг при температуре 650-750 °С.

При повышении температуры титан активно поглощает газы: начиная с 50-70"С-водород, свыше 400 500 °С кислород и с 600-700°С-азот, окись углерода и углекислый газ. Высокая химическая активность

расплавленного титана требует применения при плавке и дуговой сварке вакуума или атмосферы инертных газов. Вместе с тем благодаря способности к газопоглощению при повышении температуры титан нашел применение в радио- и электронной промышленности в качестве геттерного материала. Геттеры предназначены для повышения вакуума электронных ламп.

Технический титан хорошо обрабатывается давлением. Из него изготовляют все виды прессованного и катаного полуфабриката: листы, трубы, проволоку, поковки. Титан хорошо сваривается аргонодуговой и точечной сваркой. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Прочность шва составляет 90% прочности основного металла.

Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, в результате чего тот быстро изнашивается. Для обработки титана требуются инструменты из быстрорежущей стали и твердых сплавов, малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение. К недостатку титана относятся также низкие антифрикционные свойства.

Влияние легирующих элементов на структуру и свойства титановых сплавов.

Легирующие элементы по характеру влияния на полиморфные преиращения


Легирующий б)

элемент, б)

Рис. 13.4. Диаграммы состояния титан - легирующий элемент (схемы):

а - Ti - а-стабилизаторы; б - Ti-изоморфные Р-стабилизаторы; в - Ti-эвтектоидообразующие Р-стаби-лизаторы; - Ti-нейтральные элементы



титана подразделяют на три группы: а-стабилизаторы, р-стабилизаторы и нейтральные элементы. На рис. 13.4 представлена схема влияния легирующих элементов на температуру полиморфного превращения титана, а-стабилиза-торы (А1, О, N) повышают температуру полиморфного превращения, расширяя область твердых растворов на основе Ti„ (рис. 13.4, а). Практическое значение для легирования титана имеет только алюминий, так как кислород и азот сильно охрупчивают титановые сплавы.

Алюминий - широко распространенный, доступный и дешевый металл. Введение его в титановые сплавы уменьшает их плотность и склонность к водородной хрупкости, повышает модуль упругости, прочность при 20-25 °С (рис. 13.5) и высоких температурах.

В левой части диаграммы состояния (рис. 13.6) титан с алюминием образуют два твердых раствора: а-твердый раствор алюминия в Ti, концентрация которого изменяется от 7,5% при 20 °С до 11,6% при перитектоидной температуре, и р-твердый раствор алюминия в Tip

6i,Mna

1600



0113456189 W Легирующий злемент, %

Рис. 13.5. Влияние легирующих элементов на механические свойства титана

Рис. 13.6. Диаграмма состояния Ti-AI

с предельной растворимостью 30%. При содержании алюминия более 7,5% в структуре сплавов наряду с а-твердым раствором появляется фаза а (TijAl); она имеет гексагональную решетку с упорядоченным расположением атомов и сильно охрупчивает сплавы.

Добавка к сплавам титана с алюминием таких р-стабилизаторов, как V, Мо, Nb, Мп, уменьшает склонность к образованию упорядоченной структуры (сверхструктуры). В этом случае а2-фаза образуется при большем содержании алюминия. Кроме того, в структуре появляется Р-фаза, которая заметно улучшает технологическую пластичность сплавов.

Поскольку а-стабилизаторы значительно повышают температуру полиморфного превращения титана, а р-превращение в сплавах с устойчивой а-структурой происходит при высоких температурах, когда реализуется нормальный механизм полиморфного превращения. Переохладить р-фазу до низких температур, при которых возможно мартенситное превращение, в этих сплавах не удается даже при очень больших скоростях охлаждения, поэтому сплавы с устойчивой а-структурой нельзя упрочнять термической обработкой.



Снижая температуру полиморфного превращения титана, Р-стабилизаторы расширяют область твердых растворов на основе Tip. Они образуют с титаном диаграммы состояния двух типов. Некоторые из изоморфных Р-стабилизато-ров, имеющих, как и Tip, кристаллическую решетку объемно-центрированного куба, Мо, V, Та, Nb неограниченно растворяются в Tip. Схема диаграммы состояния данного типа изображена на рис. 13.4, б. Другие Р-стабилизаторы, например, Сг, Мп, Fe, Ni, W, Си, образуют с титаном диаграммы состояния с эв-тектоидным распадом Р-фазы, в результате которого появляется смесь а- и у-фаз (см. рис. 13.4, в); у-промежуточная фаза переменного или постоянного состава, образованная титаном и легирующим элементом, например фаза Лавеса TiCtj в системе Ti-Cr. Эвтектоидный распад вызывает резкое повышение хрупкости титановых сплавов. В некоторых системах (Ti-Cu, Ti-Ag и др.) превращение происходит очень быстро, и переохладить Р-фазу до температуры 20-25 °С нельзя даже при высоких скоростях охлаждения. В других системах (Ti~Mn, Ti-Cr, Ti-Fe) эвтектоидное превращение происходит только в условиях охлаждения, близких к равновесным. В них эвтектоидного распада практически не наблюдается, а а Р-превраще-ние идет так же, как в сплавах с диаграммами состояния первого типа (см. рис. 13.4,6). В этих сплавах Р-фаза легко переохлаждается. В зависимости от степени легированности Р-фаза или превращается при низких температурах по мартенситному механизму, или фиксируется при температуре 20-25 °С без превращения. Способность Р-фазы к переохлаждению лежит в основе упрочняющей термической обработки титановых сплавов. Согласно приведенным диаграммам состояния титановые сплавы, легированные Р-стабили-заторами, могут иметь однофазную структуру а-твердого раствора малой концентрации, двухфазную (а +Р)-

структуру при большем содержании легирующих элементов и однофазную структуру Р-твердого раствора в случае легирования сплавов большим количеством таких изоморфных Р-ста-билизаторов, как V, Мо, Та, Nb.

Большинство легирующих элементов, являющихся Р-стабилизаторами, повышают прочность, жаропрочность и термическую стабильность титановых сплавов, несколько снижая их пластичность (см. рис. 13.5). Кроме того, они способствуют упрочнению сплавов с помощью термической обработки. Наиболее благоприятное влияние на свойства титановых сплавов оказывают Мо, V, Сг, Мп.

Нейтральные элементы Sn, Zr, Hf, Th мало влияют на температуру полиморфного превращения (см. рис. 13.4, г). Легирование титановых сплавов нейтральными элементами не меняет их фазового состава. Нейтральные элементы влияют на свойства титановых сплавов благодаря изменению свойств а- и Р-фаз, в которых они растворяются. Наибольшее практическое значение имеют олово и цирконий. Олово повышает прочность титановых сплавов при 20-25 °С и высоких температурах без заметного снижения пластичности, цирконий увеличивает предел ползучести.

Особенности термической обработки титановых сплавов. Титановые сплавы в основном подвергают отжигу, закалке и старению, а также химико-термической обработке.

Отжиг проводят главным образом после холодной деформации для снятия наклепа. Температура отжига должна быть выше температуры рекристаллизации, но не может превышать границу перехода в Р-состояние во избежание роста зерна. Температура рекристаллизации титана, в зависимости от его чистоты и степени предшествующей деформации, лежит в интервале температур 40О-60О°С. Легирующие элементы повышают температуру рекристаллиза-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [ 11 ] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61