Характеристика титана и его сплавов

Тема: Титан. Магний и их сплавы

Титан - серебристо-белый легкий металл с плотностью 4,5 г/см3.

Температура плавления титана зависит от степени чистоты и находится в пределах 1660-1680 °С. Титан имеет низкую теплопроводность. При нормальной температуре обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, в воде, в органических и неорганических кислотах (не стоек в плавиковой, крепких серной и азотной кислотах), благодаря тому, что на воздухе быстро покрывается защитной пленкой плотных оксидов. При нагреве выше 500 °С становится очень активным элементом. Он либо растворяет почти все соприкасающиеся и ним вещества, либо образует с ними химические соединения.

Достоинства и недостатки титана и его сплавов

Достоинства:

· малая плотность (4500 кг/м³) способствует уменьшению массы выпускаемых изделий;

· высокая механическая прочность. Стоит отметить, что при повышенных температурах (250-500 °С) титановые сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния;

· необычайно высокая коррозионная стойкость, обусловленная способностью Ti образовывать на поверхности тонкие (5-15 мкм) сплошные пленки оксида ТiO₂, прочно связанные с массой металла;

· удельная прочность (отношение прочности и плотности) лучших титановых сплавов достигает 30-35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легированных сталей.

Недостатки:

· высокая стоимость производства, Ti значительно дороже железа, алюминия, меди, магния;

· активное взаимодействие при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, со всеми газами, составляющими атмосферу, в результате чего Ti и его сплавы можно плавить лишь в вакууме или в среде инертных газов;

· трудности вовлечения в производство титановых отходов;

· плохие антифрикционные свойства, обусловленные налипанием Ti на многие материалы; титан в паре с титаном вообще не может работать на трение;

· высокая склонность Ti и многих его сплавов к водородной хрупкости и солевой коррозии;

· плохая обрабатываемость резанием, аналогичная обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса;

· большая химическая активность, склонность к росту зерна при высокой температуре и фазовые превращения при сварочном цикле вызывают трудности при сварке титана.

Марки титана и сплавов

Наиболее распространенными марками титана являются ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-00св. Титан указанных марок называется техническим. Данные марки не содержат в своем составе легирующие элементы, только незначительное количество примесей. Содержание Ti в марке ВТ1-0 составляет приблизительно 99,24-99,7%, в ВТ1-00 - 99,58-99,9%, ВТ1-00св - 99,39-99,9%. ВТ1-0, ВТ1-00 поставляется в виде листов, плит, прутков и труб. Проволока чаще всего используется для различных сварочных целей и производится из марки ВТ1-00св.

Титановые сплавы маркируют буквами «ВТ» и цифры указывают порядковый номер.
В настоящее время известно довольно большое число серийных титановых сплавов, отличающихся по химическому составу, механическим и технологическим свойствам. Наиболее распространенные легирующие элементы в таких материалах: алюминий, ванадий, молибден, марганец, хром, кремний, олово, цирконий, железо.
Титановый сплав ВТ5 содержит 5% алюминия. Он отличается более высокими прочностными свойствами по сравнению с титаном, но его технологичность невелика. Сплав куется, прокатывается, штампуется и хорошо сваривается. Из марки ВТ5 получают титановые прутки (круги), проволоку и трубы, а также листы. Его применяют при изготовлении деталей, работающих при температуре до 400 °С.
Сплав титана ВТ5-1 помимо 5% алюминия содержит 2-3% олова. Олово улучшает его технологические свойства. Из марки ВТ5-1 изготавливают все виды полуфабрикатов, получаемых обработкой давлением: титановые плиты, а также листы, поковки, штамповки, профили, трубы и проволоку. Он предназначен для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур: от криогенных (отрицательных) до+450°С.
Титановые сплавы ОТ4 и ОТ4-1 в качестве легирующих элементов содержат алюминий и марганец. Они обладают высокой технологической пластичностью (хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии) и хорошо свариваются всеми видами сварки. Указанный материал идет, в основном, на изготовление титановых плит и листов, лент и полос, а также прутков и кругов, поковок, профилей и труб. Из титановых сплавов ОТ4 и ОТ4-1 изготовляют с применением сварки, штамповки и гибки детали, работающие до температуры 350 °С. Данные материалы имеют недостатки: 1) сравнительно невысокая прочность и жаропрочность; 2) большая склонность к водородной хрупкости.

Титановый сплав ВТ20 разрабатывали как более прочный листовой материал по сравнению с ВТ5-1. Упрочнение марки ВТ20 обусловлено ее легированием, помимо алюминия, цирконием и небольшими количествами молибдена и ванадия. Технологическая пластичность сплава ВТ20 невысока из-за большого содержания алюминия, однако, он отличается высокой жаропрочностью. Данный материал хорошо сваривается, прочность сварного соединения равна прочности основного металла. Сплав предназначен для изготовления изделий, работающих длительное время при температурах до 500 °С.
Титановый сплав ВТ3-1 относится к системе Ti - Al - Cr - Mo - Fe - Si. Он обычно подвергается изотермическому отжигу. Такой отжиг обеспечивает наиболее высокую термическую стабильность и максимальную пластичность. Марка ВТ3-1 относится к числу наиболее освоенных в производстве сплавов. Он предназначен для длительной работы при 400 - 450 °С; это жаропрочный материал с довольно высокой длительной прочностью. Из него поставляют прутки (титановые круги), профили, плиты, поковки, штамповки.

Области применения

Основная часть титана расходуется на нужды авиационной и ракетной техники и морского судостроения. Его, а также ферротитан используют как легирующую добавку к качественным сталям и как раскислитель. Технический титан идет на изготовление емкостей, химических реакторов, трубопроводов, арматуры, насосов, клапанов и других изделий, работающих в агрессивных средах. Из компактного титана изготавливают сетки и другие детали электровакуумных приборов, работающих при высоких температурах.

Основными видами продукции, которые выпускает промышленность, являются листы и плиты, прутки и круги, титановые трубы, титановая проволока и нить. Вся перечисленная продукция применяется в областях, в которых предъявляются повышенные требования к массе изделий и одновременно к их коррозионной стойкости и прочностным характеристикам.

ЗАДАНИЕ:

2. Заполните таблицу: «Характеристика титана и его сплавов »

Характеристика титана и его сплавов

3. Расшифруйте следующие марки титана и его сплавов:

ВТ 1-0 - ___________________

ВТ 14 - ____________________

ВТ 6 - _____________________

Магний — металл серебристого цвета, имеющий низкую плотность. Металл хорошо обрабатывается резанием, однако температура воспламенения магния на воздухе равна 623 °С, что затрудняет его обработку в смысле пожаробезопасности.

Магниевые сплавы имеют высокую удельную прочность. В горячем состоянии сплавы легко куются, прокатываются и прессуются. Магниевые сплавы лучше, чем алюминиевые и медные сплавы, обрабатываются резанием, легко шлифуются и полируются. К недостаткам сплавов надо отнести следующие их свойства: низкая коррозионная стойкость; низкая температура вспышки на воздухе. Малая плотность и высокая удельная прочность магниевых сплавов определили их широкое применение: в авиационной промышленности (корпуса приборов, насосов, обтекатели, двери кабин); в ракетостроении (корпуса ракет, обтекатели, стабилизаторы, корпуса баков); в автомобилестроении (корпуса коробок скоростей, колесные диски); в приборостроении (корпуса приборов). Деформируемые магниевые сплавы также применяются для изготовления несвариваемых, сильно нагруженных деталей (обшивки самолетов, детали грузоподъемных машин, ткацких станков). Высокопрочные литейные сплавы применяются для изготовления корпусов компрессоров, ферм шасси самолетов.