ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Свойства титана и влияние примесей из "Новые материалы в технике " Титан является химическим элементом IV группы периодической системы элементов порядковый номер его 22, атомный вес 47,9. Температура плавления чистого титана 1665° С (1938° КЬ Он известен в двух состояниях в виде аморфного темно-серого порошка плотностью 3,39 г/сл Мг м ) и в кристаллическом состоянии плотностью 4,5 zj M Мг м ). Титан и сплавы на его основе, используемые в технике, представляют собой кристаллический материал. [c.90] Кристаллический титан существует в виде двух модификаций с точкой перехода 882°. Ниже этой температуры сущест-еует титан а(Т] ), имеющий гексагональную кристаллическую решетку выше — титан p(T 3 ), кристаллизующийся в виде объемноцентрированного куба. [c.90] Поскольку титан и его сплавы пришли на смену железным и алюминиевым сплавам, в табл. 3 даны свойства особо чистого йодидного титана в сравнении со свойствами железа и алюминия. [c.90] Высокая температура плавления титана давала основание предполагать, что на его основе могут быть созданы жаропрочные сплавы. Но здесь возникло серьезное препятствие, заключающееся в химической активности металла при высоких температурах. [c.90] Модуль упругости титана почти вдвое меньше модуля упругости железа, находится на одном уровне с модулем медных сплавов и значительно выше, чем у алюминия. Теплопроводность титана низкая она составляет около 7% от теплопроводности алюминия и 16,5% от теплопроводности железа. Это необходима учитывать при нагреве металла для обработки давлением и при сварке. Электросопротивление титана примерно в 6 раз больше чем у железа и в 20 раз больше, чем у алюминия. Оно, примерно, такое же, как у нержавеющей стали, типа Х18Н9. [c.91] Механические свойства титана под влиянием примесей значительно изменяются. Даже малые добавки п римесей резко изменяют его механические свойства. Это видно по тому, что технический титан почти вдвое прочнее йодидного, хотя примесей в нем очень мало. Одновременно с повышением прочности снижается пластичность. [c.91] Примеси, присутствующие в титане и его сплавах, сводят к двум группам обычным, попадающим в металл в процессе его производства, и легирующим добавкам, специально вводимым в состав сплавов для придания им необходимых свойств. [c.91] К примесям первой группы относятся Ре, 51, С, С1, Ог, Нг, к примесям второй — такие легирующие элементы, как А1, V, 5п, Сг и др. [c.91] Титан легко поглощает углерод, азот и кислород. Все эти примеси сильно влияют на его механические свойства. Прочность и твердость титана под их влиянием возрастает, а пластичность падает. Например, увеличение содержания углерода в сплаве с 0,04 до 0,9% снижает пластичность, характеризуемую относительным удлинением, с 29% до 1%. Эти поглощенные элементы не могут быть удалены из металла какими-либо известными в настоящее время методами. При температурах выше 315° С (588° К) титан поглощает большое количество водорода, при этом он становится хрупким. Абсорбированный водород, может быть удален нагреванием металла в вакууме. [c.91] Это имеет значение для получения сплавов со свойствами, присущими модификации а или р либо со свойствами, присущими двум этим модификациям, так как можно получать сплавы, в которых одновременно присутствуют кристаллы аир модификаций их обозначают сплавы а + р. [c.92] Введение стабилизаторов в состав сплавов не только изменяет свойства сплава за счет влияния этих элементов, но дает возможность осуществления процессов термической обработки, упрочняющих сплав. [c.92] Влияние легирующих элементов яа структуры титановых сплавов может быть представлено на следующих трех схемах диаграмм состояний. На рис. 32, а приведена диаграмма сплавов, содержащих элементы, стабилизирующие модификацию а. Как показывает диаграмма, с увеличением количества легирующего элемента в сплаве повышается температура существования модификации а. Такое влияние на структуру оказывают кислород, азот, углерод и алюминий, образующие твердые растворы с титаном. Эти элементы уменьшают устойчивость р-фазы и способствуют переходу ее в а-фазу. Как правило, такие сплавы сохраняют структуру твердого раствора а и изменить ее термической обработкой не удается. [c.92] Полученные метастабильные (полуустойчивые) структуры могут быть подвергнуты обработке, представляющей собой старение или отпуск. При старении возрастает прочность и твердость сплава. Это имеет место в случае нагрева закаленного р-раствора. Здесь выделяются субмикроскопические частицы ин-терметаллидов, что сопровождается упрочнением сплава. При нагреве сплава со структурой а имеет место процесс, который можно назвать отпуском твердость сплава снижается. Таким образом, сплавы этой группы в результате термообработки могут претерпевать существенные изменения в структуре и свойствах. [c.93] На рис. 32, в приведена диаграмма сплавов титана с элементами подобно описанным выше стабилизирующим р-фазу. Но в равновесном состоянии в этих сплавах присутствует эвтектоид, образованный титаном и легирующим элементом. Такие сплавы получаются при добавке к титану хрома, железа, марганца, меди, кремния, никеля, серебра, водорода, вольфрама и некоторых других элементов. При закалке образуются метастабильные структуры р и а, которые могут быть подвергнуты старению и отпуску. В некоторых сплавах с этими элементами зафиксировать р-фазу не удается таковы медь, серебро и некоторые другие. [c.93] Исследованиями установлено, при каких минимальных количествах стабилизаторов удается зафиксировать р-фазу, например в двойных титановых сплавах эту роль выполняют 4% железа, 6% хрома, 7% марганца, 10% молибдена. [c.93] Зафиксированная р-фаза — это метастабильная структура, которая в дальнейшем изменяет свои свойства в результате процесса старения, что приводит к повышению твердости. В готовых изделиях это может явиться недостатком, приводящим к охрупчиванию металла. [c.93] Путем введения стабилизирующих добавок и термической обработки можно получать желаемую структуру титановых сплавов, обеспечивающую необходимые свойства в службе изделий из этих сплавов. Для метастабильных структур могут быть подобраны температурные области устойчивости их в соответствии с температурами, в которых должен работать сплав. [c.94] Азотирование дает возможность получать чрезвычайно твердый поверхностный слой. Его проводят как в атмосфере аммиака, так и в чистом азоте. При этом температура процесса применяется в интервале 7501000° С (1023—1273° К). Твердость по Виккерсу с 360 повышается до 1000-г 1200 единиц. Недостатком является диффузия в титан водорода, ухудшающего пластичность и вязкость не только поверхностного слоя, но и металла в целом. [c.95] Цементация — процесс науглероживания титана, проводится с помощью твердых, жидких и газообразных карбюризаторов, но слой получается хрупким, непригодным для эксплуатации. [c.95] Хромирование проводили следующим образом порошок хрома со специальным связующим наносился на поверхность изделия и затем изделие обжигалось при 1200° С (1473° К) в течение 10 мин в атмосфере водорода. Толщина обожженного покрытия достигала 0,25 мм. Покрытые изделия показывали хорошую стойкость против окисления при температуре до 1200° С (1473°К). [c.95] Вернуться к основной статье