Титановые сплавы

Классификация и свойства чистых металловТитан и титановые сплавы относятся к наиболее молодым конструкционным материалам. Промышленное производство титана освоено лишь в середине ХХ века. Основными областями применения титана являются транспортные средства, судостроение, химическое машиностроение, медицина и вакуумная техника.

Состав и свойства чистого титана

Титан имеет высокие температуры плавления (1668 °С) и кипения (3000 °С). Нагреваясь при температуре 882 °С, претерпевает одно полиморфное превращение, и, следовательно, имеет две модификации. Низкотемпературный αтитан имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку (а = 0,2951 нм, с = 0,4684 нм, с/а = 1,587). Плотность αтитана равна 4,5 г/см3. Кристаллическая решетка высокотемпературного βтитана кубическая объемноцентрированная с периодом 0,3282 нм. Плотность этой модификации 4,31 г/см3, а плотность в жидком состоянии при температуре плавления – 4,1 г/см3.

Титан высокой степени чистоты, содержащий не более 0,05 % примесей, является пластичным (δ = 50–60 %) металлом со средней прочностью (σ = 220–260 МПа). Примеси в титане технической чистоты существенно повышают твердость, прочность и снижают пластичность. Так, титан марки Т11 (0,3 % примесей) имеет прочность, равную 450–600 МПа при относительном удлинении 25 %. Прочность некоторых титановых сплавов может достигать 1500–2000 МПа. С учетом малой плотности, по удельной прочности (см. табл. 2) титановые сплавы при рабочих температурах до 450–500 °С превосходят все остальные металлические материалы, кроме сплавов на основе бериллия.

Титан отличается высокой химической активностью, что затрудняет все технологические переделы, связанные с нагревом и плавле

нием. Тем не менее при температурах до 500 °С титан обладает высокой коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред. Это связано с образованием на его поверхности плотной оксидной пленки TiO2, которая обладает защитными свойствами. Титан устойчив в морской воде, разбавленной до 5 % серной кислоте, «царской водке», уксусной и молочной кислотах, во влажной хлорной атмосфере и ряде других сред. При температурах выше 500 °С окисная пленка растрескивается и теряет защитные свойства. При высоких температурах, и особенно в жидком состоянии, титан активно взаимодействует со всеми известными веществами, входящими в состав огнеупоров и литейных форм, особенно активно титан взаимодействует с газами: кислородом, водородом, азотом, водяным паром, СО, СО2 и др.

Металлургия титана отличается тем, что из руды сначала получают титановую губку. Она представляет собой пористый материал серого цвета с плотностью 0,8–2,5 г/см3. После переплава в вакуумных печах из губки получают компактные титановые слитки. Титановую губку маркируют буквами ТГ и цифрами, которые обозначают твердость эталонных образцов, выплавленных из губки. Химический состав титановой губки по ГОСТ 17746–96 приведен в табл. 18.

Таблица 18

Химический состав титановой губки по ГОСТ 17746–96

 

Марка

НВ, МПа

Содержание примесей, %, не более

N

C

Cl

Fe

Si

0,01 0,02 0,03 0,04 0,04

Ni

O2

ТГ90

90

0,02

0,02

0,08

0,06

0,05

0,04

ТГ100

100

0,02

0,03

0,08

0,07

0,05

0,04

ТГ110

110

0,02

0,03

0,08

0,09

0,05

0,06

ТГ120

120

0,03

0,04

0,10

0,13

0,05

0,08

ТГ150

150

0,4

0,05

0,12

0,20

0,05

0,10

Как указывалось ранее, примеси оказывают существенное влияние на свойства титана и титановых сплавов. Сотые доли кислорода, азота, водорода, углерода и железа резко снижают пластичность и повышают твердость и прочность.

Титан отличается высокой технологичностью при обработке давлением. Из него можно получать все виды деформированных полуфабрикатов: поковки, штамповки, плиты, прутки, профили, трубы, проволоку, ленту и даже фольгу толщиной в десятые доли миллиметров. Титан хорошо сваривается всеми видами сварки при защите расплавленного металла от взаимодействия с атмосферой. Обработке резанием титан поддается плохо изза налипания на инструмент.

Высокие показатели механических свойств позволяют использовать чистый титан в качестве конструкционного материала, однако в промышленности преимущество отдают титановым сплавам, которые по своим эксплуатационным свойствам превосходят чистый металл.

  • Читать все новости