титана сплавы
ТИТАНА СПЛАВЫ
обладают высокой мех. прочностью при достаточной пластичности и вязкости, низкой теплопроводностью, небольшим коэф. линейного расширения, высокой коррозионной стойкостью в некоторых хим. средах и морской воде, хорошо совместимы с живой тканью.
Слитки Т.е. получают электродуговой плавкой электрода, состоящего из титановой губки (см. титан) и легирующих элементов, в вакууме или аргоне; затем их перерабатывают в деформир. полуфабрикаты. Небольшую часть деталей получают фасонным литьем или методами порошковой металлургии. Большинство Т.е. хорошо сваривается в вакууме или аргоне электродуговой и электроннолучевой сваркой, контактной и диффузионной сваркой, плохо обрабатывается резанием вследствие сильного налипания на инструмент.
Т.е. существуют в разл. полиморфных состояниях. По соотношению количества α-фазы с гексагон. кристаллической решеткой и β-фазы с объемноцентрир. кубич. решеткой различают α-, псевдо-α-, (α + β)-, псевдо-β- и β-T.c., а также сплавы на основе интерметаллидов (см. табл.). По влиянию на температуру полиморфных превращений легирующие элементы Т.е. подразделяют на α-стабилизаторы, повышающие температуру полиморфного превращения, β-стабилизаторы, понижающие ее, и нейтральные упрочнители, мало влияющие на эту температуру. К первым относят Al, In и Ga; ко вторым — эвтектоидо-образующие (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Si) и изоморфные (V, Nb, Ta, Mo, W) элементы, к третьим-Zr, Hf, Sn, Ge. Вредные примеси в Т.е. — элементы внедрения (С, N, О), снижающие их пластичность и технологичность, и Н, вызывающий водородную хрупкость сплавов.
Т.е. с α-структурой легируют Al, Sn и Zr. Они отличаются повыш. жаропрочностью, высокой термич. стабильностью, малой склонностью к хладноломкости, хорошей свариваемостью. Осн. вид термич. обработки-отжиг при 590–740 °C. Применяются для изготовления деталей, работающих при температурах до 400–450 °C; сплав Ti высокой чистоты (5% А1 и 2,5% Sn) — один из лучших материалов для работы при криогенных температурах (до 20 К).
Т.е. с псевдо-а-структурой легируют Al, Mn, V, Zr, Nb, Sn, Fe, Cr, Si; содержат до 5% β-фазы. Отличаются высокой технологичностью (при содержании Al < 3%), высокой жаропрочностью (Al > 6%), высокой термич. стабильностью, хорошей свариваемостью; термически не упрочняются, осн. вид термич. обработки-отжиг при 590–740 °C. Низкоалюминиевые псевдо-α-сплавы предназначены в осн. для изготовления листов, лент, полос, труб, профилей. Листовую штамповку деталей простой формы производят в холодном состоянии, при штамповке деталей сложной формы необходим подогрев до 500 °C. Недостатки этих сплавов-сравнительно невысокая прочность и жаропрочность, большая склонность к водородной хрупкости. Применяются для изготовления сложных в технол. отношении деталей, работающих при температуре до 350 °C.
Комплексно легированные высокоалюминиезые псевдо-а-сплавы, содержащие 89,2% Ti, 6,3% Al, 2% Zr, 1% Mo, 1,5% V или 79,4% Ti, 7,7% Al, 11% Zr, 0,6% Mo, 1% Nb, 0,15% Fe, 0,1% Si, обладают высокой жаропрочностью; применяются для изготовления деталей, длительно работающих при 500–550 °C, напр. лопаток компрессоров авиационных двигателей. Псевдо-α-сплавы, легированные нейтральными упрочнителями (Zr) и β-стабилизаторамы (Mo) в количествах, близких к их предельной растворимости в α-фазе, сохраняют высокую пластичность и ударную вязкость при криогенных температурах, вплоть до температуры жидкого водорода.
Т.е. (α + β)-структуры легируют А1, V, Zr, Cr, Fe, Mo, Si, W; в отожженном состоянии они содержат 5–50% β-фазы. Отличаются наиб. благоприятным сочетанием мех. и тех-нол. свойств, высокой прочностью, способностью к термич. упрочнению в результате закалки и старения, удовлетворит. свариваемостью, меньшей склонностью к водородной хрупкости по сравнению с α- и псевдо-α-сплавами. Прочностные свойства пром. (α + β)-сплавов в отожженном состоянии возрастают с увеличением содержания в них β-стабилизаторов. Увеличение содержания А1 в сплавах повышает их жаропрочность, снижает пластичность и технологичность при обработке давлением.
Наиб. распространен сплав Ti с 6% А1, 4% V, используемый в авиационной, ракетной и криогенной технике, судостроении, для изготовления хим. и металлургич. оборудования, в качестве протезов в хирургии и т. п. Сплав Ti с 2,6% А1, 5% Mo, 4,5% V-OCH. материал для крепежных деталей, работающих до 300 °C. Сплав Ti с 5,5% Al,4,5% V, 2,0% Mo, 1,0% Cr и 0,6% Fe содержит в отожженном состоянии ок. 30% β-фазы, отличается высокой технол. пластичностью, хорошо сваривается; идет на изготовление сильнонагружаемых деталей и конструкций в авиационной технике.
Т.е. с псевдо-β-структурой, содержащий 5% Al, 5% Mo, 5% V, 1% Cr и 1% Fe и имеющий после отжига (α + β)-структуру и β-структуру после закалки, — наиб. прочный сплав как в отожженном, так и термически упрочненном состоянии; применяется для изготовления сильнонагружаемых деталей и конструкций, длительно работающих до 350–400 °C. Псевдо-β-сплав с содержанием 11% Mo, 5,5% Zr и 4,5% Sn отличается высокой технол. пластичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью после закалки и старения. Недостаток псевдо-β-сплавов-невысокая жаропрочность.
К Т.е. с β-структурой относят сплав с содержанием 33% Mo, отличающийся высокой коррозионной стойкостью.
Интерметаллидные Т.е. включают в себя сплавы на основе алюминидов (Ti3Al и TiAl) и никелидов титана (TiNi). Сплавы на основе Ti3Al и TiAl, отличающиеся большой жаропрочностью и малой плотностью, что обеспечивает их очень высокую уд. прочность при температурах 700–900 °C,- перспективная альтернатива жаропрочным сплавам в авиационных двигателях; их недостаток-высокая хрупкость при нормальной и повышенных температурах.
Сплавы на основе TiNi (нитинолы) обладают эффектом памяти формы, т. е. способностью восстанавливать геом. форму первонач. изделия или полуфабриката в результате обратного мартенситного превращения, вызванного нагревом. Особый интерес эти сплавы представляют для космич. техники.
Лит.: Глазунов С. Г., Моисеев В. Н., Конструкционные титановые сплавы, М., 1972; Солонина О. П., Глазунов С. Г., Жаропрочные титановые сплавы, М., 1976; Металлография титана, под ред. С. Г. Глазунова и Б. А. Кола-чева, М., 1980; Колачев Б. А., Ливанов В. А., Елагин В. И., Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов, М., 1981.
Б. А. Колачев
