Вариант 9
Содержание
Вопрос № 9. Диаграмма состояния сплавов для случая ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии (III типа) 3
Вопрос № 37. Титан и титановые сплавы.. 5
Задание. Расшифровать марку материала и описать его назначение. 9
Список литературы.. 11
Вопрос № 9. Диаграмма состояния сплавов для случая ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии (III типа)
Данная диаграмма характеризует сплавы, у которых компоненты неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно - в твердом и получающиеся твердые растворы образуют эвтектику. К таким сплавам относятся алюминий-медь, магний-алюминий, магний-цинк и др. Рассмотрим этот тип диаграммы в общем виде (рис. 1). В сплаве могут существовать три фазы - жидкий сплав, твердый раствор α компонента Вв компоненте А и твердый раствор αкомпонента А в компоненте В. Твердые растворы обозначены здесь строчными греческими буквами, а компоненты - заглавными латинскими буквами. Данная диаграмма содержит в себе элементы двух предыдущих. Линия АСВ является линией ликвидус, линия ADCEB- линией солидус. По линии АС начинают выделяться кристаллы твердого раствора а, по линии СВ - твердого раствора α. Левее точки D кристаллизация заканчивается образованием структуры однородного твердого раствора α, a правее точки Е- однородного твердого раствора α. Точка D характеризует предельную растворимость компонента В в компоненте А, а точка Е предельную растворимость компонента А в компоненте В. Чаще всего с понижением температуры растворимость компонентов уменьшается. Поэтому по линиям FD и EG происходит выделение вторичных кристаллов αII и βII. Процесс выделения вторичных кристаллов из твердой фазы называется вторичной кристаллизацией. Возможен случай, когда растворимость не уменьшается с понижением температуры. Тогда вторичная кристаллизация происходить не будет, а линии DF и EG будут вертикальными.
Рисунок 1 – Диаграмма состояния сплавов с ограниченной
растворимостью компонентов в твердом состоянии
На участке DE кристаллизация заканчивается с образованием эвтектики. В данном случае эвтектика состоит не из механической смеси двух компонентов, как на диаграмме I рода, а из механической смеси твердых растворов аи β. Сплав соответствующий точке С диаграммы называется эвтектическим. Все сплавы, расположенные межу точками D и С, называются доэвтектическим, а между точками С и Е - заэвтектическими. После образования эвтектики в доэвтектическом сплаве также будет происходить вторичная кристаллизация твердого раствора βII, а в заэвтектическом-твердого раствора αII.
Вопрос № 37. Титан и титановые сплавы
Титан - серебристо-белый сравнительно легкий металл. Плотность 4,5 г/см3.
В периодической системе Д.И.Менделеева титан расположен в IV группе 4-го периода под номером 22, атомная масса 47,90. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях титан четырехвалентен.Температура плавления 16650С, температура кипения 32270С.Металл очень прочный, пластичный, легко поддается механической обработке.
При обычной температуре титан отличается высокой химической стойкостью. При нагреве выше 5000С окисляется, пленка двуокиси TiO2 очень прочная.Разбавленная серная кислота, азотная кислота любой концентрации и слабые растворы щелочей реагируют с титаном медленно. В соляной и плавиковой кислотах растворяется легко.
Титан обладает высокой коррозионной стойкостью во влажном воздухе, морской воде. Реагенты, разрушающие поверхностную оксидную пленку, вызывают коррозию титана.
Титан применяется как конструкционный материал, обладающий высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью. При легировании титана марганцем, хромом, алюминием, кремнием, молибденом перечисленные свойства улучшаются.
Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью (сопротивлением межкристаллитной, щелевой и другим видам коррозии), удельной прочностью. Недостатками титана являются его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости. Азот, углерод, кислород и водород, упрочняя титан, снижают его пластичность, сопротивление коррозии, свариваемость.
Титан плохо обрабатывается резанием, удовлетворительно – давлением, сваривается в защитной атмосфере; широко распространено вакуумное литые, в частности вакуумнодуговой переплав с расходуемым электродом. Легирующие элементы подразделяют в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения титана (882,5°С) на две основные группы: α-стабилизаторы (элементы, расширяющие область существования α-фазы и повышающие температуру превращения – Аl, Gа, Gе, Lа, С, O, N) и β-стабилизаторы (элементы, суживающие α-область и снижающие температуру полиморфного превращения, – V, Nb, Та, Zr, W, Мо, Сr, Мn, Fе, Со, Si, Аg и др.). В то же время легирующие элементы (как α-, так и β-стабилизаторы) можно разделить на две основные группы: элементы с большой (в пределе – неограниченной) и ограниченной растворимостью в титане. Последние могут образовывать с титаном интерметаллиды, силициды и фазы внедрения.
Титановые сплавы при повышенных температурах превосходят алюминиевые и магниевые сплавы. Этим обусловлено широкое применение титановых сплавов в самолето- и ракетостроении. Также сплавы широко применяются при изготовлении корпусов морских судов, подводных лодок, в автомобилестроении.
Химическая стойкость титана и его сплавов находит применение в химическом и металлургическом машиностроении, при изготовлении химического оборудования.Из соединений титана широко применяется техническая двуокись – при производстве титановых белил и эмалей.
Классификация титановых сплавов. Структура промышленных сплавов титана это твердые растворы легирующих элементов в α- и β-модификациях титана. Поскольку легирующие элементы влияют на стабилизацию той или иной аллотропической модификации титана, то сплавы титана в зависимости от их стабильной структуры (после отжига) при комнатной температуре подразделяют на три основные группы: α -сплавы, (α+β)-сплавы (двухфазные) и β-сплавы.
Титановые сплавы классифицируют также по технологии производства (деформируемые, литейные, порошковые), по физико-химическим, в том числе механическим, свойствам (высокопрочные, обычной прочности, высокопластичные, жаропрочные, коррозионностойкие).
Деформируемые титановые сплавы. Большинство титановых сплавов легировано алюминием, повышающим жесткость, прочность, жаропрочность и жаростойкость материала, а также снижающим его плотность.
α-Титановые сплавы (с чисто α-структурой) термической обработкой не упрочняются; их упрочнение достигается посредством легирования твердого раствора и пластической деформацией
(α+β)-Титановые сплавы характеризуются смешанной структурой (α- и β-твердые растворы) и упрочняются термической обработкой, состоящей из закалки и старения. Они хуже свариваются, чем α -сплавы.
Псевдо-β-титановые сплавы характеризуются высоким содержанием β-стабилизаторов и вызванным этим отсутствием мартенситного превращения. Сплавы характеризуются высокой пластичностью в заявленном состоянии и высокой прочностью – в состаренном они удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой.
Литейные титановые сплавы. По сравнению с деформируемыми литейные сплавы имеют меньшую прочность, пластичность и выносливость, но более дешевы. Сложность литья титановых сплавов обусловлена активным взаимодействием титана с газами и формовочными материалами. Литейные сплавы ВТ5Л, ВТ14Л и ВТ3-1Л по составу в основном совпадают с аналогичными деформируемыми сплавами (в то же время сплав ВТ14Л дополнительно содержит железо и хром).
Порошковые сплавы титана. Применение методов порошковой металлургии для производства титановых сплавов позволяет при тех же эксплуатационных свойствах, что и у литого или деформируемого материала, добиться снижения до 50% стоимости и времени изготовления изделий. Титановый порошковый сплав ВТ6, полученный горячим изостатическим прессованием (ТИП), обладает теми же механическими свойствами, что и деформируемый сплав после отжига (σв = 970 МПа, δ = 16%). Заявленному и состаренному деформируемому сплаву ВТ6 порошковый сплав уступает в прочности, но превосходит в пластичности.
Применение сплавов титана. Из сплавов титана изготавливают: обшивку самолетов, морских судов, подводных лодок; корпуса ракет и двигателей; диски и лопатки стационарных турбин и компрессоров авиационных двигателей; гребные винты; баллоны для сжиженных газов; емкости для агрессивных химических сред и др.