Титановые сплавы марки состав - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Титановые сплавы марки состав

Титановые сплавы марки состав

Химический состав титановых сплавов

Содержание металлов в сплаве:

__ Марка __ сплава Титан Ti,% Алюминий Al,% Марганец Mn,% Вольфрам W,% Молибден Mo,% Ниобий Nb,% Ванадий Va,% Цирконий Zn,% Хром Cr,% Олово Sn,% Кремний Si,% Железо Fe,%
BT 1-0099,05
BT 1-098,28
OT 4-096,0181,41,3
OT 4-194,1682,62
OT 491,66862
BT 686,5856,85,3
BT 5-188,66563
BT 590,4166,2
BT 6C87,7166,54,5
BT 3-185,7857320,40,7
BT 887,38573,80,2
BT 985,98673,820,35
BT 1486,6856,33,81,9
BT 1574,3683,6811,5
BT 1684,3853,85,55
BT 1884,4658,211,51,80,18
BT 2084,985722,52,5
BT 2279,2065,75,55,51,51,5
BT 2582,5957,20,5-1,52,52,52,50,25
BT 18y81,6657,311,54,530,25
ПТ 3В91,23262,5
ПТ 7М93,5342,53
1986,4146,542,5
1487,7345,63,52,5
2894,9442,52
4094,3743,61,6
94,3346
1784,1646,52,26,5

Примечание :
Во всех сплавах допуск суммы Cu и Ni – 0,1
в том числе Ni – 0,08%, в сплавах, не содержащих Cr и Mn (последние – допуск в сумме = 0,15%).
Во всех сплавах содержание Mo допускается частичная замена его W – 0,3%

Титановые сплавы

Поскольку титан представляет собой металл, обладающий хорошей твердостью, но невысокой прочностью в промышленном производстве большее распространение получили сплавы на основе титана. Сплавы с различной структурой зерна, отличаются между собой строением и типом кристаллической решетки.

Их можно получить при обеспечении в процессе производства определенных температурных режимов. А путем добавления к титану различных легирующих элементов можно получать сплавы, характеризующиеся более высокими эксплуатационными и технологическими свойствами.

При добавлении легирующих элементов и различных типах кристаллических решеток в структурах на основе титана можно получить более высокую по сравнению с чистым металлом жаропрочность и прочность. При этом полученные структуры характеризуются небольшой плотностью, хорошими антикоррозионными свойствами и хорошей пластичностью, что расширяет сферу их использования.

Характеристика титана

На поверхности материала образуется окисная пленка толщиной в несколько нм, что исключает процессы коррозии титана в морской и пресной воде, атмосфере, окислению под действием органических кислот, процессов кавитации и в конструкциях, находящихся под напряжением.

В обычном состоянии материал не обладает жаропрочностью, для него характерно явление ползучести при комнатных температурах. Однако в условиях холода и глубокого холода материал характеризуется высокими прочностными характеристиками.

Титан отличается низким значением модуля упругости, это ограничивает его использование для изготовления конструкций, в которых необходима жесткость. В чистом состоянии металл обладает высокими противорадиационными характеристиками и не обладает магнитными свойствами.

Титан характеризуется хорошими пластическими свойствами и легко поддается обработке при комнатных температурах и выше. Сварные швы из титана и его соединений обладают пластичностью и прочностью. Однако, для материала свойственны интенсивные процессы поглощения газов при нахождении в неустойчивом химическом состоянии, возникающем при повышении температуры. Титан в зависимости от газа, с которым соединяется, образует гидридные, оксидные, карбидные соединения, плохо влияющие на его технологические свойства.

Материал характеризуется плохой приспособленностью к обработке резанием, в результате ее проведения он в течение короткого промежутка времени прилипает на инструмент, что снижает его ресурс. Проведение обработки титана резанием возможно с использованием охлаждения интенсивного типа на больших подачах, при низких скоростях обработки и значительной глубине резания. Кроме того в качестве инструмента для обработки выбирается быстрорежущая сталь.

Материал характеризуется высокой химической активностью, что обуславливает использование инертных газов при проведении работ по выплавке, литье титана или проведении дуговой сварки.

Титановые сплавы

Широкое распространение получили структуры на основе титана с добавлением таких легирующих элементов, как:

  • алюминий,
  • медь,
  • железо,
  • никель,
  • молибден,
  • олово,
  • ванадий,
  • хром,
  • цирконий.

Структуры, получаемые деформированием сплавов титановой группы, используются для изготовления изделий, проходящих механическую обработку.

По прочности различают:

  • Высокопрочные материалы, прочность которых составляет более 1000МПа;
  • Структуры, обладающие средней прочностью, в диапазоне значений от 500 до 1000МПа;
  • Низкопрочные материалы, с прочностью ниже 500МПа.

По области использования:

  • Структуры, обладающие коррозионной стойкостью.
  • Конструкционные материалы;
  • Жаропрочные структуры;
  • Структуры с высокой стойкостью к действию холода.

Виды сплавов

По входящим в состав легирующим элементам выделяют шесть основных видов сплавов.

Сплавы типа α-сплавы

Сплавы типа α-сплавы на основе титана с применением для легирования алюминия, олова, циркония, кислорода характеризуются хорошей свариваемостью, понижением границы застывании титана и увеличением его жидкотекучести. Указанные свойства позволяют использовать так называемые α-сплавы для получения заготовок фасонным способом или при отливке деталей. Получаемые изделия этого типа обладают высокой термической стойкостью, что позволяет использовать их для изготовления ответственных деталей, работающих в температурных условиях до 400°С.

При минимальных количествах легирующих элементов соединения называются техническим титаном. Он характеризуется хорошей термической устойчивостью, и обладают отличными сварными характеристиками при проведении сварочных работ на различных аппаратах. Материал обладает удовлетворительными характеристиками по возможности обработки резанием. Не рекомендуется повышение прочности для сплавов этого типа с применением термообработки, материалы этого типа используются после проведения отжига. Сплавы, содержащие цирконий обладают наибольшей стоимостью и отличаются высокой технологичностью.

Формы поставки сплава представлены в виде проволоки, труб, прутков сортового проката, поковок. Наиболее используемым материалом этого класса является сплав ВТ5-1, характеризующийся средней прочностью, жаропрочностью до 450°С и отличными характеристиками при работе в условиях низких и сверхнизких температур. Этот сплав не практикуется упрочнять термическими способами, однако его использование в условиях низких температур предполагает минимальное количество легирующих материалов.

Сплавы типа β-сплавы

Сплавы β-типа получаются при легировании титана ванадием, молибденом, никелем, при этом получаемые структуры характеризуются повышением прочности в диапазоне от комнатных до отрицательных температур по сравнению с α-сплавами. При их использовании увеличивается жаропрочность материала, его температурная стабильность, однако при этом наблюдается снижение пластических характеристик сплавов этой группы.

Для получения устойчивых характеристик сплавы этой группы должны быть легированы значительным количеством указанных элементов. Исходя из высокой стоимости этих материалов, широкого промышленного распространения структуры этой группы не получили. Для сплавов этой группы характерно противодействие ползучести, возможность повышения прочности различными способами, возможность механической обработки. Однако, с увеличением рабочей температуры до 300°С сплавы этой группы приобретают хрупкость.

Псевдо α-сплавы

Псевдо α-сплавы, большую часть легирующих элементов которых составляют компоненты α-фазы с добавлениями до 5% элементов группы β. Наличие β-фазы в сплавах добавляет к преимуществам легирующих элементов α-группы свойство пластичности. Увеличение жаростойкости сплавов этой группы достигается использованием алюминия, кремния и циркония. Последний из перечисленных элементов оказывает положительное воздействие на растворение β-фазы в структуре сплава. Однако, для этих сплавов характерны и недостатки, среди которых хорошее поглощение титаном водорода и образование гидридов, с возможностью возникновения водородной хрупкости. Водород фиксируется в соединении в форме гидридной фазы, уменьшает вязкость и пластические характеристики сплава и способствует увеличению хрупкости соединения.Одним из наиболее распространенных материалов этой группы является титановый сплав марки ВТ18, обладающий жаропрочностью до 600°С, обладает хорошими характеристиками пластичности. Перечисленные свойства позволяют применять материал для изготовления деталей компрессоров в авиастроении. Термическая обработка материала включает отжиг при температурах около 1000°С с дальнейшим воздушным охлаждением или двойной отжиг, позволяющий на 15% увеличить его сопротивление разрыву.

Псевдо β- сплавы

Псевдо β- сплавы характеризуются наличием после проведения закалки или нормализации наличием только β-фазы. В состоянии отжига структура этих сплавов представлена α-фазой со значительным количеством легирующих компонентов группы β. Эти сплавы характеризуются самым большим среди титановых соединений показателем удельной прочности, обладают низкой термической стойкостью. Кроме того, сплавы этой группы мало подвержены хрупкости при воздействии водорода, однако обладают высокой чувствительностью к содержанию углерода и кислорода, влияющим на снижение вязких и пластичных свойств сплава. Эти сплавы характеризуются плохой свариваемостью, широким диапазоном механических характеристик, обуславливаемых неоднородностью состава и низкой стабильностью при работе в условиях высоких температур.Форма выпуска сплава представлена листами, поковками, прутками и полосовым металлом, с рекомендуемым использованием в течение длительного времени при температурах не выше 350°С. Примером такого сплава является ВТ 35, для которого свойственна обработка давлением при воздействии температуры. После выполнения закалки материал характеризуется высокими пластическими характеристиками и способностью к деформации в холодном состоянии. Проведение операции старения для этого сплава обуславливает многократное упрочнение при наличии высокой вязкости.

Читайте также:  Литье титана по выплавляемым моделям

Сплавы типа α+β

Сплавы типа α+β с возможными включениями интерметаллидов характеризуются меньшей хрупкостью при воздействии гидритов по сравнению со сплавами 1 и 3 групп. Кроме того, для них свойственна большая технологичность и удобство обработки с использованием различных методов по сравнению со сплавами α-группы. При проведении сварки с использованием материала этого типа для повышения пластичности шва после окончания операции требуется проведение отжига. Материалы этой группы изготавливаются в форме лент, листового металла, поковок, штамповок и прутков. Самым распространенным материалом этой группы является сплав ВТ6, характеризуется хорошей деформируемостью при температурной обработке, сниженной вероятностью водородной хрупкости. Из этого материала производят несущие детали самолетов и жаропрочные изделия для компрессоров двигателей в авиации. Практикуется использование отожженных или упрочненных температурной обработкой сплавов ВТ6. Например, детали тонкостенного профиля или листовые заготовки отжигают при температуре 800°С в дальнейшем охлаждая на воздухе или оставляя в печи.

Сплавы из титана на базе интерметаллидов.

Интерметаллиды — сплав 2ух металлов, один из которых титан.

Получение изделий

Структуры, получаемые литьем, осуществляемым в специальные формы из металла в условиях ограничения доступа активных газов, учитывая высокую активность титановых сплавов при повышении температуры. Сплавы, получаемые при помощи литья, обладают худшими свойствами, по сравнению со сплавами, получающимися методом деформации. Термическая обработка с целью повышения прочности для сплавов этого типа не проводится, поскольку оказывает существенное воздействие на показатели пластичности этих структур.

Предпочтительные марки титана в стоматологии

Многочисленные фундаментальные и прикладные исследования заявляют, что лучшим материалом для изготовления дентальных имплантатов является титан.

В России для производства различных конструкций используется технически чистый титан марок BT 1-0 и BT 1-00 (ГОСТ 19807−91), а за рубежом применяют так называемый «коммерчески чистый» титан, который делят на 4 марки (Grade 1−4 ASTM, ISO). Также применяется титановый сплав Ti-6Al−4V (ASTM, ISO), являющийся аналогом отечественного сплава BT-6. Все эти вещества различны по химическому составу и механическим свойствам.

Титан марки Grade 1,2,3 – не используется в стоматологии, т.к. слишком мягкий.

Преимущества чистого титана марки Grade 4 (СP4)

  • Лучшая биологическая совместимость
  • Отсутствие в составе токсичного ванадия (V)
  • Лучшая стойкость к коррозии
  • 100% отсутствие аллергических рекаций

По данным исследования научных статей, методических и презентационных публикаций зарубежных компаний, стандартов ASTM, ISO, ГОСТ имеются сравнительные таблицы свойств и состава титана разных марок.

Таблица 1. Химический состав титана по ISO 5832/II и ASTM F 67−89.

ЭлементGrade 1, %Grade 2, %Grade 3, %Grade 4, %%
Азот0,030,030,050,05(0,05)
Углерод0,10,10,10,1(0,1)
Водород0,0150,0150,0150,015(0,015)
Железо0,20,30,30,5(0,4)
Кислород0,180,250,350,5 (0,4)**(0,2)
Алюминийнетнетнетнет(5,5−6,75)
Ванадийнетнетнетнет(3,5−4,5)
Титаностальноеостальноеостальноеостальноеостальное

** — Данные ISO и ASTM совпадают во многих пунктах, при их расхождении показатели ASTM приведены в скобках.

Таблица 2. Механические свойства титана по ISO 5832/II и ASTM F 67−89.

Grade 1, МПаGrade 2, МПаGrade 3, МПаGrade 4, МПаМПа
Предел прочности на растяжение240345450550(895)
Предел текучести170230 (275)300 (380)440 (483)(830)

Таблица 3. Химический состав титановых сплавов по ГОСТ 19807−91.

ЭлементТитановый сплав ВТ 1−0, %Титановый сплав ВТ 1−00, %Титановый сплав %
Азот0,040,040,05
Углерод0,070,050,1
Водород0,010,0080,015
Железо0,250,150,6
Кислород0,20,10,2
Алюминийнетнет5,3−6,8
Ванадийнетнет3,5−4,5
Цирконийнетнет0,3
Другие примеси*0,30,10,3

* В титане марки ВТ 1−00 допускается массовая доля алюминия не более 0,3%, в титане марки ВТ 1−0 — не более 0,7%.

Таблица 4. Механические свойства титановых сплавов по ГОСТ 19807−91.

Показатели механических свойствТитановый сплав ВТ 1−0, МПаТитановый сплав ВТ 1−00, МПаТитановый сплав МПа
Предел прочности на растяжение200−400400−550850−1000***
Предел текучести350250***

** Данные приведены по ОСТ 1 90 173−75.
*** В доступной литературе данных не обнаружено.

Самым прочным из рассмотренных материалов является сплав Ti-6Al−4V (отечественный аналог ВТ-6). Увеличение прочности достигается за счет введения в его состав алюминия и ванадия. Однако, данный сплав относится к биоматериалам первого поколения и, несмотря на отсутствие каких-либо клинических противопоказаний, он используется все реже. Это положение приведено в аспекте проблем эндопротезирования крупных суставов.

С точки зрения лучшей биологической совместимости, более перспективными представляются вещества, относящиеся к группе «чистого» титана. Необходимо отметить, что когда говорят о «чистом» титане, имеют в виду одну из четырех марок титана, допущенных для введения в ткани организма в соответствии с международными стандартами. Как видно из приведенных выше данных, они различны по химическому составу, который, собственно, и определяет биологическую совместимость и механические свойства.

Важен также вопрос о прочности этих материалов. Лучшими характеристиками в этом отношении обладает титан класса 4.
При рассмотрении его химического состава можно отметить, что в титане этой марки увеличено содержание кислорода и железа. Принципиальным является вопрос: ухудшает ли это биологическую совместимость?

Увеличение кислорода, вероятно, не будет являться отрицательным. Увеличение содержания железа на 0,3% в титане Grade 4 (по сравнению с Grade 1) может вызвать некоторые опасения, так как, по экспериментальным данным, железно (так же как и алюминий) при имплантации в ткани организма приводит к образованию вокруг имплантата соединительно-тканной прослойки, что является признаком недостаточной биоинертности металла. Кроме того, по тем же данным, железо подавляет рост органической культуры. Однако, как говорилось, приведенные выше данные касаются имплантации «чистых» металлов.

В данном случае важным является вопрос: возможен ли выход ионов железа через слой окиси титана в окружающие ткани, и если возможен, то с какой скоростью и каков из дальнейший метаболизм? В доступной литературе мы не встретили информации по этому поводу.

При сопоставлении зарубежных и отечественных стандартов можно отметить, что разрешенные для клинического применения в нашей стране титановые сплавы ВТ 1−0 и ВТ 1−00 практически соответствуют маркам «чистого» титана Grade 1 и 2. Пониженное содержание кислорода и железа в этих марках приводит к снижению их прочностных свойств, что не может считаться благоприятным. Хотя у титана марки ВТ 1−00 верхняя граница предела прочности на растяжение соответствует аналогичному показателю Grade 4, предел текучести при этом у отечественного сплава почти в два раза ниже. Кроме того, в его состав может входить алюминий, что, как указывалось выше, нежелательно.

При сопоставлении зарубежных стандартов можно отметить, что американский стандарт является более строгим, и стандарты ISO ссылаются на американские в ряде пунктов. Кроме того, делегация США выразила несогласие при утверждении стандарта ISO в отношении титана, используемого в хирургии.

Таким образом, можно утверждать, что:
Лучшим материалом для изготовления дентальных имплантатов, на сегодняшний день, является «чистый» титан класса 4 по стандарту ASTM, так как он:

  • не содержит токсичного ванадия, как, например, сплав Ti-6Al−4V;
  • наличие в его составе Fe (измеряемого в десятых долях %) не может считаться отрицательным, так как даже в случае возможного выхода ионов железа в окружающие ткани воздействие их на ткани не является токсичным, как у ванадия;
  • титан класса 4 обладает лучшими прочностными свойствами по сравнению с другими материалами группы «чистого» титана;
Читайте также:  Титан что это за металл

Титан и его сплавы: свойства и сфера применения

Титан считается одним из наиболее распространенных элементов. Сочетая коррозионную стойкость и прочность с низкой плотностью, он обладает целым рядом конструктивных преимуществ перед такими материалами, как например, сталь или алюминий. Титан и его сплавы нашли применение в металлургии, военной промышленности, в электро- и радиотехнике, химической промышленности, судостроении и других сферах жизнедеятельности.

Свойства титана

В системе классификации элементов Менделеева Ti находится под номером 22. Одним из важнейших свойств титана и его сплавов является четырехвалентность. Температура плавления составляет +1168°С, кипения – 33300°С. Существуют две разновидности титана с аналогичным химическим составом, но и разными свойствами, строением. Низкотемпературная альфа-модификация, которая существует до температуры +882,5°С и высокотемпературная бета-модификация – устойчива до температуры плавления.

Титан и титановые сплавы относятся к парамагнитным материалам. При нагревании их восприимчивость к температуре снижается. Материал характеризуется высокими удельным электросопротивлением – 42·10-8-80·10-6 Ом·см. В условиях, когда температура опускается ниже 0,45К, металл превращается в проводник. Внешне он напоминает сталь.

По удельной теплоемкости и плотности титан находится между алюминием и железом. При этом его механическая прочность практически в 13 раза выше, чем у чистого железа и 6 раз больше, чем у алюминия.

Марки титана и сплавов

Наиболее распространены титан и сплавы марок ВТ1-0, ВТ1-00св, ВТ1-00. Они относятся к категории технических. В состав данных марок не входят легирующие элементы. Поставляется титан в виде плит, листов, труб и прутков. Проволока чаще всего производится из материала марки ВТ1-00св.

Сегодня известно множество марок титанов и титановых сплавов, отличающихся по технологическим, механическим свойствам, химическому составу. Чаще всего в их составе содержаться такие элементы, как:

Титан марки BT5 и сплавы из него содержат до 5% алюминия, что наделяет их высокой прочностью. Материалы хорошо штампуются, куются, прокатываются и свариваются. Из них производятся прутки (круги), трубы, проволока, листы. Титановые сплавы ВТ5-1 кроме алюминия содержат олово в размере 2-3% ,что улучшает их технологические характеристики. Из таких материалов получают все виды полуфабрикатов – плиты, листы, поковки, профили, трубы, штамповку, проволоку.

К хорошо деформируемым сплавам титана относят ОТ4 и ОТ4-1, содержащие алюминий и марганец. Данные материалы отличаются высокой технологичной пластичностью и свариваются любыми видами сварок. Титаны этих марок используются в производстве плит, лент, листов, полов, профилей, труб.

Прочный сплав ВТ20 содержит алюминий, цирконий, молибден и ванадий. Материал отличается высокой жаропрочностью. Сплав титана ВТ3-1 содержит такие элементы, как Ti, Al, Cr, Mo, Fe, Si и, как правило, подвергается изотермическому отжигу, что наделяет его высокой пластичностью и термической стабильностью. Этот сплав является наиболее освоенным в производстве. Из него изготавливаются поковки, штамповки, пруты, профили.

Сплавы титана ГОСТ 19807-91 содержат углерод и называются тугоплавкими карбидами. Их теплопроводность в 13 раз ниже показателя алюминия и в 4 раза – железа.

Сфера применения титана

Сплавы на основе титана нашли широкое применение в металлургии, а том числе и в роли легирующего элемента в производстве жаростойких и нержавеющих сталей. Также Ti добавляют в медь, алюминий, никель с целью повышения прочности последних. Двуокись титана применяется в производстве сварочных электродов, четыреххлористый Ti используется в военном деле для организации дымовых завес. В радиотехнике и электротехнике применяется порошкообразный титан в роли поглотителя газов. В ряде случаев Ti является незаменимым в судостроении и промышленности – из него производятся детали, использующиеся для работы с агрессивными жидкостями, в коррозионно активных средах, при анодировании различных деталей. Также титан используется в производстве элементов для гальванических ванн, гидрометаллургических аппаратов и многого другого.

Титановые сплавы

Титан относится к 4 группе периодической системы элементов. Его атомный номер 22, относительная атомная масса 47,9, Тпл = 1668°С. Он имеет аллотропические модификации:

  • – высокотемпературная β-Ti c объемно-центрированнoй кубической решеткой,
  • – низкотемпературная α-Ti с гексагональной плотноупакованной.

Температурa полиморфного превращeния титана α↔ β в равновесныx условиях 882,5°C. Плотность α-Ti (oт 4,506 дo 4,56 г/cм З ) выше плотноcти β-Ti (4,471 г/cм З при 400°C), поэтoму превращение высокотемпературной фазы в низкотемперaтурную α→β сопровождается в отличиe oт сталей уменьшением объема (околo 0,13 %) и нe дает достаточно сильногo внутрифазного наклепа.

Таблица 1. Номинальный состав промышленных титановых сплавов (пo типу структуры в отожженном состоянии) .

α-сплавы
BТ1-00Нелегированный титан
BТ1-0Нелегированный титан
ПТ1МНелегированный титан
ПТ7М2 Аl + 2 Zr
ВТ55Аl
ВТ5-15 АI + 2,5 Sn
4200До 0,5 Pd
Псевдо α-сплавыДо 0,25ПТ3В4,5 Аl + 1,7 V
ОТ4-00,8 Аl + 0,8 Мn
ОТ4-11,5 Аl + 1,0 Мn
ОТ43,5 АI + 1,5 Мn
ВТ45,0 АI + 1,5 Мn
ОТ4-26,0 Аl + 1,5 Мn
АТ22,0 АI + 1,0 Мо
АТ33,0 Аl + 1,5 (Fe, Сr, Si, В)
АТ44,0 АI + 1,5 (Fe, Сr, Si, В)
АТ66,0 Аl + 1,5 (Fe, Сr, Si, В)
АТ87,0 АI + 1,5 (Fe, Сr, Si, В)
ОТ4-0У1,0Al + 1,0 V+до 0,9Fе
ОТ4-1У2,0 АI + 2,0 V + до 0,9 Fe
ОТ4-У4,0 АI + 2,5 V + до 0,9 Fe
ВТ4-У5,0 АI + 2,5 V + до 0,9 Fe
ОТ4-2У6,0 АI + 2,5 V + до 0,9 Fe
ВТ206,0 А 1 + 2,5 Zr + 1,0 Мо + 1,0 V
ТС55,0 АI + 2,0 Zr + 3,0 Sn + 2,0 V
ВТ256,8 Аl + 2,0 Мо + 1,7 Zr + 2,0 Sn + 0,7 W + 0,2 Si
(α + β)-сплавы мартенситного типа
0,3 . 0,9ВТ6С5,ОАI +4,ОУВТ66,0 АI +4,5 VВТ3-16,0 АI + 2,5 Мо + 2,0 Сr + 0,3 Si + 0,5 FeВТ86,5 АI + 3,5 Мо + 0,3 SiВТ96,5 Аl + 3,3 Мо + 1,5 Zr + 0,25 SiВТ144,5 АI + 3,0 Мо + 1,0 VBТ162,5 АI + 5,0 Мо + 5,0 VВТ235,5АI +2,ОМо+4,5У+ 1,0Cr+0,7Fe(α + β)-сплавы переходного типа1,0 . 1,4ВТ225,0 Аl + 5,0 Мо + 5,0 V + 1,0 Сr + 1,0 FeВТ3011,0 Мо + 6,0 V + 4,0 Zrβ-сплавы2,5 . 3,0420133,0 Мопсевдо β-сплавы1,6 . 2,4BТ153,0Аl +7,0Мо+ 11,0СrТС63,0Аl +5,0Мо+6,0V+ 11,0СrВТ322,5 АI + 8,5 Мо + 8,5 V + 1,2 Fe + 1,2 Сr

Примечание к таблице . Кβ – отношение содержания β-стабилизатора в рассматриваемoм сплаве к егo содержанию в двойном сплаве критическогo состава (т.e. к минимальному содержaнию β-стабилизатора в сплаве, котoрый может закаливаться нa 100 % β-фазы).

Легирующие элементы по своему влиянию нa полиморфизм титана (растворимость, температуру превращения, стабилизацию той или инoй фазы) можно разделить на такие группы: α-стабилизаторы; β-стабилизаторы; нейтральные упрочнители (цирконий, гафний, олово), мало влияющие на температуру полиморфногопревращения (рис. 1).

α-стабилизаторы повышaют температуру α→ β-превращения (cм. рис. 1, a), значительно растворяютcя в α-фазе и нe очень в β-фазe. Алюминий, стабилизирующий α-фазу – это основной легирующий элемент для титана благодаря своей дешевизне, малой плотности, эффективнoму упрочнению кaк α-, тaк и β-фазы, повышeнию жаропрочности титановых сплавов. Зa пределами растворимоcти (7,5 % в α-фазe) алюминий образует c титаном Тi3 Аl – хрупкое интерметаллидное соединение.

β-стабилизаторы делят на две основныe группы:

  • изоморфные, неограниченнo растворяющиеся в β-фазе (это ванадий, тантал, молибден, вольфрам и ниобий),
  • эвтектоидообразующие, обладающие большей, нo ограниченной растворимоcтью в β-фазе, чeм в α-фазе.

К иx числу относят марганец, железо, хром, кобальт, никель, медь, кремний, а также свинец, бериллий, золото, серебро и др. (они упомянуты в порядке повышения темперaтуры эвтектоидного превращения и жаропрочности). Пpи определенных концентрациях и температурных условияx эвтектоидообразующие β-стабилизаторы обрaзуют c титаном интерметаллидные соединения вследствиe эвтектоидного превращения, пpи котором β-фаза распадается нa α- и γ-фазы. Пo интенсивности стабилизации β-фазы элемeнты можно расположить в следующем порядкe: железо, марганец, хром, молибден, ванадий, ниобий, тантал. Пpи содержaнии в титане β-стабилизирующих элементoв больше критического (Мо – 12%; V – 15%; Сr – 8%; Мn – 4%; Fe – 6,5%) β-фазa может быть зафиксированa пpи 20°C.

Читайте также:  Как отличить титан от других металлов

В зависимости oт содержания а-стабилизаторoв (A), β-изоморфных (Bи) и эвтектоидных (BЭ) стабилизаторов и нейтральныx упрочнителeй (N) типы титановых сплавов cвoдятcя к слeдующим: Ti – A, Ti – A – N; Ti – А – Bэ; Ti – A – Bи ; Ti – A – Вэ – Bи; Ti – A – Bэ – N; Ti – A – Ви – Bэ – N. В зависимости oт структуры в нормализованнoм состoянии титановые сплавы подразделяются на такие классы (тaбл. 1) : α-сплавы; (α + β)-сплавы; β-сплавы, структуры которых представлены соответственно α-фазoй; α- и β-фазaми; механически стабильной β-фазoй.

Кроме этогo, выделяют двa переходных класса:

  • псевдо α-сплавы, структурa которыx состоит из α-фазы + небольшогo количества β-фaзы (≤5 %);
  • псевдо β-сплавы, структурa которых представленa метастабильной β-фазой и нeбольшим количествoм α-фазы.

α-сплавы мoгут быть термически неупрочняемыe и упрочняемые вследствиe дисперсионного твердeния; (α + β)-сплавы – твердеющие или мягкиe после закалки; β-сплавы мoгут быть c β-фазой, механически стабильной, механичеcки нестабильной и термодинамически стабильной.

Пo гарантированной прочности титановые сплавы подраздeляют нa : малопрочные высокопластичные c σв 1000 МПа.

Применяют деформируемые и литейные титановые сплавы. В тaбл. 1 представлены деформируемые титановые сплавы, которые используют для сварных конструкций. Разрабатываются новыe сплавы со специальными свойствaми (жаропрочные, хладостойкие, коррозионно-стойкие) нa основе комплексного легирования. Напримeр, из серии α-сплавов типa CT, имеющих высокую жаропрочность, специaльными свойствами обладают сплавы типa ИРМ.

Механические свойства, структуpa титана и титановых сплавов зависят от примесей, которыe разделяются на две группы: внедрeния O2, N2, C, являющиеся α-стабилизаторaми, и Н2 – β-стабилизатор; замещeния – Fe, Si (для титана). Влияниe примесей внедрения значительно сильнеe. Кислород снижаeт пластические свойства в области мaлых концентраций (дo 0,1 %); в интервале концентрaций 0,1 . 0,5 % oн относительнo мало влияет нa изменение пластичности, но пpи больших содержанияx (>0,7 %) титан полноcтью теряет способноcть к пластическому деформированию.

Азот охрупчиваeт титан в еще большeй степени, при содержании егo >0,2 % наступаeт хрупкое разрушение.

Углерод влияeт в меньшей степени, чeм азот и кислород.

Водород – вредная примеcь в титановых сплавах. Растворимость водородa в титане пpи эвтектоидной температуре состaвляeт 0,18 %, но cпонижением температуры резко падаeт ( Другие страницы по теме

Титан и сплавы на его основе

Титан элемент IV группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, порядковый номер – 22. Титан – металл серебристо-белого цвета. Температура плавления – 1670 °С. Этот металл имеет две полиморфные модификации. Низкотемпературная модификация – Τiα, решетка ГПУ, существует до 882 °С. Высокотемпературная модификация – Tiβ, решетка ОЦК. Плотность α-титана составляет 4,5 г/см3, а плотность β-титана – 4,3 г/см3 при 900 °С.

Промышленные марки технического титана – ВТ1-00 (99,53% Ti) и ВТ1-0 (99,48% Ti). Особенности титана – малая плотность, высокая удельная прочность и хорошая коррозионная стойкость. Однако титан имеет низкий модуль упругости (почти в 2 раза меньший, чем у железа), что не позволяет изготавливать из него жесткие конструкции. К недостаткам титана относятся также низкие антифрикционные свойства и плохая обрабатываемость резанием (см. 11.5.3).

Технический титан широко применяется в химической промышленности для изделий, работающих в агрессивных средах.

Сплавы на основе титана

Основными преимуществами титановых сплавов являются: небольшая плотность (

4,5 г/см3), высокая стойкость против коррозии и высокие прочностные свойства; они не склонны к хладноломкости и сохраняют механические свойства даже при очень низких температурах. Для некоторых сплавов титана характерны, кроме того, хорошие жаропрочные свойства (но они ниже, чем у жаропрочных сталей).

Титановые сплавы превосходят медные сплавы по стойкости против коррозии в морской воде, а также в других агрессивных средах. Недостатки титановых сплавов те же, что у чистого титана, – плохая обрабатываемость резанием, высокий коэффициент трения, сравнительно невысокий модуль упругости.

Легирующие компоненты по их влиянию на структуру сплавов подразделяют на α-стабилизаторы (Al, Sn) и β-стабилизаторы (Mo, V, Mn, Сг и др.). Первые расширяют область существования α-фазы, повышая температуру полиморфного α → β превращения, действие вторых противоположно.

Различия структурных классов титановых сплавов в зависимости от легирующих компонентов и их количества представлены в табл. 8.2.

Сплавы с a-структурой (основной легирующий компонент – алюминий) обладают относительно невысокой прочностью при 20 °С, но более высокой при низких и повышенных температурах (400. 500 °С). Эти сплавы не упрочняются термической обработкой. Пластичность таких сплавов пониженная, обработка давлением выполняется только в горячем состоянии. Сплавы поставляются в прокате различных профилей, труб, проволоки. Предназначены для работы в широком диапазоне температур – от криогенных до 450 °С (ВТ5) и 500 °С (ВТ5-1).

Псевдо-α-сплавы – их структура состоит в основном из α-фазы и небольшого количества (1. 4%) β-фазы вследствие легирования β-стабилизаторами (Μη, V, Мо и др.). Наличие β-фазы повышает технологическую пластичность. Сплавы с невысоким содержанием алюминия ОТ4, ОТ4-1 обрабатываются давлением в холодном состоянии. При большем содержании алюминия необходима горячая деформация. Сплавы этой группы, легированные Zr, Si, Mo, Nb, V (BT20) (см. табл. 8.2), обладают самой высокой жаропрочностью среди титановых сплавов.

Двухфазные (α + β)-сплавы кроме алюминия содержат β-стабилизаторы (хром, молибден, железо и др.), понижающие температуру полиморфного превращения. Эти сплавы упрочняются термической обработкой (закалка + старение), имеют высокие механические свойства (см. табл. 8.2).

β-Сплавы, имеющие структуру твердого раствора легирующих компонентов в β-титане, содержат компоненты, понижающие температуру полиморфного превращения титана. Это вольфрам, хром, железо, молибден и др. Сплавы не нашли применения в промышленности из-за высокой стоимости и низких механических свойств.

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые, литейные и порошковые. В литейных в конце обозначения стоит буква A.

Литейные титановые сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, имеют высокую плотность отливок. Плавку

Состав и свойства титановых сплавов

Химический состав,% масс.

Примечание. Свойства сплавов ВТ6, ВТ14, ВТ22 приведены после закалки и старения; остальных – после отжига.

и заливку сплавов в связи с их высокой химической активностью осуществляют в среде нейтральных газов или в вакууме. Литейные сплавы имеют более низкие механические характеристики, чем деформируемые. Порошковые титановые сплавы пока еще не нашли широкого применения из-за высокой стоимости производства и плохой обрабатываемости.

Сплавы на основе титана широко применяются в авиации, ракетной технике, судостроении, химической и других отраслях промышленности.

Легкоплавкие сплавы. Баббиты

Баббиты – это легкоплавкие подшипниковые сплавы, применяемые для вкладышей подшипников скольжения. Металл вкладыша должен обладать малым коэффициентом трения, достаточной износостойкостью и хорошей прирабатываемостью (см. 2.6). Второе и третье требование противоречат друг другу. Высокая износостойкость обеспечивается высокой твердостью, а прирабатываемость достигается при низкой твердости. Одновременно эти требования удовлетворяются, если в структуре имеются твердая и мягкая фазы. После непродолжительной работы (приработки) происходит износ мягкой фазы – основы, а на поверхность выступают твердые частицы, обеспечивающие износостойкость. При этом между валом и вкладышем образуются пустоты, в которых удерживается смазка.

В качестве баббитов используют сплавы системы “Рb – Sb”, “Sn – Sb” и другие, а также сплавы на основе цинка, легированные алюминием и медью.

В сплавах системы “Pb – Sb” (см. рис. 3.5) роль мягкой фазы играет свинец (его твердость 3 IIВ), а роль твердой – сурьма (30 НВ). Используют заэвтектические сплавы с содержанием Sb в количестве 16. 18%. Помимо названных в состав баббитов могут входить и другие легирующие элементы, например медь.

Баббиты (не на цинковой основе) маркируются буквой “Б” и порядковым номером или дополнительной буквой (например, Б6, БН).

Цинковые сплавы обозначаются буквами “ЦАМ” и цифрами, показывающими содержание алюминия и меди. Например, ЦАМ-10-5 (10% А1, 5% Си, основа – Zn).

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector