Взаимодействие титана и его сплавов с водородом

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ С ВОДОРОДОМ [c.270]

Исследование влияния окисной пленки на процесс взаимодействия титана и его сплавов с водородом было проведено в работе /6/. Авторы создавали окисные пленки на поверхности образцов титана путем их нагрева на воздухе. [c.152]

В работе [385] изучались причины разрушения деталей космического корабля Апполон , изготовленных из титана и его сплавов с алюминием и оловом, при термическом и механическом циклировании в токе водорода. Во время испытаний водород проникал в титан и образовывал с ним хрупкие гидридные фазы. Взаимодействие водорода с титаном особенно интенсивным было в сварном шве и его окрестностях, где и начиналось разрушение детали. Применение аргона при сварке увеличивало почти втрое число циклов до разрушения. Механизм разрушения деталей из титановых сплавов в водороде авторам [385] выявить не удалось. Можно полагать, что образующиеся на поверхности детали хрупкие соединения титана с водородом отслаиваются под влиянием меняющихся температур и нагрузок, что создает условия для дальнейшего взаимодействия титана и водорода. [c.166]

Восстановительные газовые среды, содержащие азот и водород, применяемые при пайке других металлов, непригодны для пайки титана, так как активно взаимодействуют с ним при нагреве. Флюсы, применяемые при пайке сплавов на других основах, также непригодны для пайки титана. Рекомендуемые в литературе флюсы для пайки титана и его сплавов содержат главным образом хлориды и фториды металлов и предназначаются для пайки в пламени кислородно-ацетиленовых горелок. Некоторые из них могут быть использованы также при пайке в печи в среде аргона и гелия [166, 271]. [c.340]

Большим затруднением при сварке титана и его сплавов является высокая активность к кислороду, азоту, водороду и углероду в расплавленном и твердом состояниях при температурах выше 600°С. Для получения при сварке плавлением соединения хорошего качества необходимо полностью защищать свариваемые металлы от взаимодействия с воздухом и вредными примесями сварочной ванны и нагретых выше 600°С металлов основного и шва. [c.14]

Еще один способ борьбы с водородной хрупкостью титана и его сплавов—введение в рабочие среды ингибиторов, затрудняющих взаимодействие металла с водородом. Как было указано иа с. 282, кислород и пары воды, содержащиеся в водороде, замедляют поглощение. [c.521]

Титан очень легко взаимодействует с кислородом и водородом. При коррозии титана в кислотах, как и при катодной поляризации его, часть водорода, выделяющегося на титане, поглощается металлом. Титан и его сплавы в условиях эксплуатации могут подвергаться катодной поляризации при контакте с менее благородными металлами, при наличии зазоров, щелей (когда внешняя поверхность выполняет роль катода, а щель или зазор являются анодом) и при катодной защите конструкций, отдельные детали которых по конструктивным соображениям выполнены из титана. [c.17]

К виду коррозионного растрескивания, не связанного с абсорбцией водорода, относится разрушение титана и его сплавов в контакте с жидкими металлами. В настоящее время накоплен опыт поведения титановых сплавов в контакте с жидкой ртутью, с расплавленными кадмием и цинком. Наиболее распространено мнение, что контакт активной поверхности титана с жидкометаллической средой может вызвать образование интерметаллических соединений, охрупчивающих титан. Однако имеющиеся экспериментальные данные, особенно разрушение в контакте с жидкой ртутью, позволяют предполагать, что в данном случае действует другой механизм. Ртуть и другие жидкие легкоплавкие металлы не смачивают поверхность титана, защищенную оксидной пленкой. До тех пор, пока не нарушена защитная оксидная пленка, взаимодействия между титаном и жидкометаллической средой не происходит независимо от уровня напряжений и длительности их действия. Иная картина наблюда- [c.85]

Сварка титана и его сплавов. Основная проблема свариваемости титановых сплавов -получение сварных соединений с хорошей пластичностью, зависящей от качества защиты и чувствительности металла к термическому циклу сварки. Насыщение металла шва кислородом, азото.м и водородом в процессе сварки резко снижает пластичность и предел длительной прочности сварных конструкций. Поэтому зона сварки, ограниченная изотермой 350°С, до.г1жна быть тщательно защищена от, взаимодействия с воздухом (сварка в инертных газах, под специальными флюсами, в вакууме). [c.29]

Высокая химическая активность в сочетании с низкой теплопроводностью, высоким электросопротивлением и температурой плавления, склонность к росту зерна в околошовной зоне определяют особенности сварки титана и его сплавов. Большая химическая активность титана при высоких температурах по отношению к азоту, кислороду и водороду затрудняет его сварку. Необходимым условием для получения качественного соединения при сварке титана плавлением является полная двухсторонняя защита от взаимодействия с воздухом не только расплавленного металла, но и нагретого выше 600°С основного металла и шва. При нагреве до высоких температур титан склонен к росту зерна-. Для устранения этого сварку следует выполнять при минимально возможной погонной энергии. Вследствие загрязнения металла сварного шва газами понижается его пластичность, что приводит к образованию холодных трещин. Загрязнение металла шва водородом можно предупредить, применяя электродную или присадочную проволоку, предварительно подвергнутую вакуумному отжигу. Содержание водорода в такой проволоке не превышает 0,004—0,006%. Большое влияние на качество сварного соединения оказывает состояние поверхности кромок и присадочного металла. Для удаления окиснонитридной пленки, образующейся после термообработки, ковки, штамповки, используют опеско-струивание и последующее травление в смеси солей с кислотами или щелочами. [c.146]

Титан по уд. весу (4,5) занимает промежуточное место между сталью и легкими сплавами. Сплавы титана более прочные, чем стали. Активно взаимодействует с кислородом, водородом, азотом и приобретает хрупкость при температуре выше 600° С (например, после сварки). Стандартный потенциал титана V = —1,63 в, но из-за склонности к образованию защитных пленок на своей поверхности стационарный потенциал, например в морской воде, смещается до значения -1-0,09 в. Очень высока стойкость титана и его сплавов в нейтральных или слабокислых растворах хлоридов, а также в растворах окислителей, содержащих хлор-ионы. Достаточно стоек в НЫОз до 65%-ной концентрации при температурах до 100° С, в смеси 40% Н2504 + + 60% НЫОз при 35° С. В концентрированной НМОз при повышенных температурах скорость растворения титана выше, чем алюминия или нержавеющей стали. В разбавленных (до 20%) щелочных растворах не разрушается. Стоек против коррозионного растрескивания. Очень стоек в морской воде и морской атмосфере. Титан — жаропрочный металл. Ряд сплавов на основе титана имеет более высокие механические свойства, чем сам титан. [c.60]

Травление деталей из титана и его сплавов производят в водном растворе плавиковой и серной кислот. При взаимодействии плавиковой кислоты с титаном интенсивно выделяется атомарный водород, который диффундирует внутрь металла, вызывая его хрупкость 2Т + 6НР - 2Т1Рз + ЗН2. Чтобы избежать этого, вводят серную кислоту. Реакции происходят по схемам [c.113]

Титан получил широкое распространение благодаря своим особым свойствам малой плотности (4,5 г/см ), высокой температуре плавления (1665°С), высокой коррозионной стойкости во многих агрессивных средах, высокой прочности. Высокое электрическое сопротивление и низкая теплопроводность создают условия, при которых для сварки титана затрачивается значительно меньше электроэнергии, чем при сварке алюминия и даже стали. Кроме того, титан маломагнитен, и поэтому значительно снижается влияние магнитного дутья. Основной трудностью сварки титана и его сплавов является большая химическая активность титана при высоких температурах в отношении кислорода, азота и водорода. Поэтому для получения качественных соединений при сварке необходима хорошая защита от взаимодействия с атмосферой не только сварочной ванны, но и всей зоны металла, нагретого свыше 500°С. [c.294]

Водород начинает взаимодействовать с титаном и его сплавами при довольно низких температурах [6, 275, 276, 299]. Было обнаружено, что титан, отожженный предварительно в высоком вакууме, поглощает водород уже при комнатной температуре. С повышением температуры скорость поглощения водорода титаном возрастает. Как показали Гульбранзен и Андрю [298], для чистейшего иодидного титана, отожженного при высокой температуре в вакууме, наибольшая скорость поглощения наблюдается при температурах, близких к 573 К-Для технически чистого титана максимум скорости поглощения водорода сдвигается к более высоким температурам—порядка 973—1073 К (рис. 126) [6]. Кинетика поглощения водорода технически чистым титаном суще- [c.280]

На воздухе ири температурах до 500° С титан практически стоек. Выше 500° С он активно взаимодействует с атмосферными газами (кислородом, азотом), а также с водородом, окисью углерода, водяным паром. Азот и кислород, растворяясь в титане в значительных количествах, снижают его иластические свойства. Углерод при содержании более 0,1—0,2%, откладываясь в виде карбида титана по границам зерен, также сильно снижает пластичность титана. Особенно вредной примесью является водород, который уже прп содержании в тысячных долях процента приводит к появлению очень хрупких гидридов п этим вызывает хладно,ломкость титана. Все эти примеси ухудшают коррозионную стойкость, а также свариваемость титана. Из-за сильной реакционной способности титан и его сплавы плавят в вакуумных дуговых электрических печах в медных водоохлаждаемых кристаллизаторах. [c.236]

Азот взаимодействует с различными металлами не одинаково. Так, например, при сварке титана это взаимодействие в связи с образованием нитридов определяется химическими реакциями. При сварке железа и его сплавов основным процессом является физическое растворение азота в жидком металле, подобно водороду. В связи с диссоциацией части молекулярного азота, например при дуговой сварке, и образованием в газовой фазе атомарного азота (а при наличии кислорода — и закиси азота) его поглощаемость железом отклоняется (особенно при невысоких парциальных давлениях азота) от закона Сивертса [83], хотя удовлетворительного объяснения причин такого отклонения, по имеющимся литературным данным, нет. При средних значениях парциальных давлений азота его поглощаемость удовлетворительно определяется формулой типа (П. 14). [c.63]

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 литье, в частности вакуумнодуговой переплав с расходуемым электродом. Титан имеет две аллотропические модификации низкотемпературную (до 882,5 °С) — а-титан с ГПУ решеткой, высокотемпературную — р-титан с ОЦК решеткой. Легирующие элементы подразделяют в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения титана (882,5 °С) на две основные группы а-стаби-лизаторы (элементы, расширяющие область существования а-фазы и повышающие температуру превращения — А1, Оа, Ое, Га, С, О, Н) и р-стабилиза-торы (элементы, суживающие а-область и снижающие температуру полиморфного превращения, — V, N6, Та, 2г, Мо, Сг, Мп, Ре, Со, 81, Ag и др.), рис. 8.4. В то же время легирующие элементы (как а-, так и р-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 вне- [c.191]

На основании изложенного можно сделать вывод, что с точки зрения теории проблема создания жаропрочных титановых сплавов еще находится в начальной стадии. Особенно это относится к возможности создания на титановой основе жаропрочных с 1лавов для температур выше 550—600° С. Серьезным препятствием для разработки сплавов является низкое сопротивление титана окислению и его возрастаю1цая по мере повышения температуры способность к нзанмодействпю с кислородом и водородом. Для защиты титана от взаимодействия с газами при высоких температурах наряду с легированием должны найти применение и защитные покрытия, например эмали, а также химикотермические методы обработки поверхности. [c.23]

Хьюг и Лэмборн [481] исследовали наводороживание титана при его взаимодействии с парами воды. Образцы выдерживали во влажном воздухе или аргоне. После 30-минутной выдержки не было обнаружено поглощения водорода при температуре ниже 590 °С. Несмотря на то что в данной работе не проводились длительные эксперименты, можно, как полагает Б. А. Ко-лачев [4], не опасаться наводороживания титановых сплавов при их работе во влажной воздушной среде, если температура не превышает 350—400 °С. [c.188]

Весьма важным при соединении жаропрочных сплавов является удаление окисных пленок и активация поверхностей. Диссоциация, возгонка или растворение окислов сопровождаются или обусловливаются разрывом связей, и сами по себе эти процессы могут давать активные центры. Однако окислы жаропрочных сплавов термодинамически прочные и в вакууме 1,3 10 — 1,3-10" Па не диссоциируют. Остаюш,иеся на соединяемых поверхностях окислы даже в случае их разрушения и дезориентации под действием пластической деформации влияют на работоспособность соединений в условиях длительного нагружения при высоких температурах. Поэтому большинство исследователей отмечают необходимость зачистки свариваемых поверхностей непосредственно перед сваркой. В ряде случаев рекомендуется использовать для удаления окислов вещества, восстанавливающие металл из окислов и дающие газообразные продукты взаимодействия. К таким веществам относятся углерод и его химические соединения типа углеводородов, хлористый и фтористый аммоний и др. Термодинамические расчеты и опыт вакуумной металлургии показывают, что в вакууме активность углерода к кислороду значительно возрастает. Восстанавливая металл, углерод окисляется до окиси углерода, которая легко удаляется. В восстановительном процессе может принимать участие углерод, имеющийся в сплавах, однако жаропрочные сплавы имеют низкое содержание углерода. Поэтому углерод в чистом виде или в виде соединений (стеарин, стирол и др.) может наноситься на поверхности. При этом во избежание повышения концентрации углерода в жаропрочном сплаве требуется точная дозировка углерода. При использовании фтористого аммония последний в процессе нагрева разлагается с образованием азота, водорода и фтористого водорода. Удаление окислов обусловлено образованием летучих фторидов алюминия, кремния, титана и других металлов, а также восстанавливающим действием водорода. Активация соединяемых поверхностей при диффузионной сварке жаропрочных сплавов возможна также путем введения в стык расплавляющихся металлических прослоек, которые после активации поверхности должны выдавливаться из стыка, а частично оставшиеся прослойки должны растворяться в основном металле. В ряде работ при сварке жаропрочных сплавов применяли никелевые прослойки, которые при температуре сварки находятся в твердом состоянии, но улучшают условия формирования соединения. [c.166]

При комнатной температуре поверхность титана растворяет кислород, образуется его твердый раствор в а-титане. Возникает слой насыщенного раствора, который предохраняет титан от дальнейшего окисления. Этот слой называют альфированным. При нагреве титан вступает в химическое соединение с кислородом, образуя ряд окислов от TigO до Ti02- По мере окисления изменяется окраска оксидной пленки от золотисто-желтой до темно-фиолетовой, переходящей в белую. По этим цветам в околошовной зоне можно судить о качестве защиты металла при сварке. С азотом титан, взаимодействуя активно при температуре более 500 °С, образует нитриды, повышающие прочность, но резко снижающие пластичность металла. Растворимость водорода в жидком титане больше, чем в стали, но с понижением температуры она резко падает, водород выделяется из раствора. При затвердевании металла это может вызвать пористость и замедленное разрушение сварных швов после сварки. Все титановые сплавы не склонны к образованию горячих трещин, но склонны к сильному укрупнению зерна в металле шва и околошовной зоны, что ухудшает свойства металла, [c.199]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...