 |
Классификация титана и его сплавов
|
|
|
|
Технический титан и его сплавы получают из титановой губки. Титановая губка — это пористое серое вещество с насыпной массой 1,5—2,0 г/см3 и очень высокой вязкостью.
В зависимости от содержания примесей технический титан подразделяют на несколько сортов: ВТ1-00 (99,53% Ti), ВТ1-0 (99,48 % Ti) и ВТ1-1 (99,44 % Ti).
Принятая в настоящее время классификация титановых сплавов основана на структуре, которая формируется при отжиге по промышленным режимам. Она включает:
1. a -сплавы, структура которых представлена a -фазой.
2. Псевдо- a -сплавы, структура которых представлена a - фазой и небольшим количеством b -фазы (не более 5%) или интерметаллидов.
3. (a +b) -сплавы, структура которых представлена a - и b -фазами; сплавы этого типа также могут содержать интерметаллиды.
4. Псевдо-b -сплавы со структурой в отожженном состоянии, представленной a -фазой и большим количеством b -фазы; в этих сплавах закалкой или нормализацией из b -области можно легко получить однофазную b -структуру.
5. b -сплавы, структура которых представлена термически стабильной b -фазой.
6. Сплавы на основе интерметаллидов.
Маркировка титана в российской трактовке в большинстве случаев представляет собой букву «Т», указывающую на основной элемент и буквенные символы, идентифицирующие производителя. Так группа титановых сплавов, изготовленных на базе Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ) обозначаются аббревиатурой «ВТ». Сокращение «ОТ» расшифровывается как «опытный титан» и указывает на совместную разработку сплава предприятиями ВИАМ и Свердловским заводом ВСМПО. Маркировка «ПТ» ставится на титановых листах, выпущенных заводом «Прометей», расположенным в Санкт-Петербурге.
|
|
|
Кроме того в маркировке титанового сплава возможны следующие сокращения: буква «Л», указывающая на принадлежность металла к литейной группе, «И» - материал специального назначения, «В» - преобладание ванадия в качестве легирующего элемента. Технический титан может маркироваться одной буквой «Т» с последующим указанием чистоты сплава в цифрах, причём меньше по величине число указывает на более очищенный сплав. Например, один из самых качественных титанов считается титан ВТ1-00, количество примесей в котором не превышает 0,1%, а чистого титана содержится 99,9%.
К сожалению, в иных случаях цифры в маркировке титановых сплавов не отражают количественных пропорций легирующих элементов или чистоты состава, как это принято в большинстве случаев идентификации сложнолегированных цветных металлов. Поэтому существуют специальные таблицы, указывающие на содержание того или иного элемента в титановом сплаве определённой маркировки.
Среди наиболее популярных титановых сплавов, стоит отметить следующие металлы с соответствующей маркировкой:
- ВТ5 и ВТ5-1 – свариваемый сплав с содержанием алюминия 4%-6%;
- ОТ4, ОТ4-0 и ОТ4-1 – алюминиево-магниевый титановый сплав, отличающийся отличной свариваемостью;
- ВТ18, ВТ20 – жаростойкие сплавы с повышенным содержанием алюминия до 8%;
- ВТ22 – безалюминиевый титановый сплав, легированный ванадием (около5%) и молибденом (около 5%);
- ВТ8, ВТ9 – термостойкие алюминиевые титановые сплавы с содержанием алюминия в промежутке от 4,5% до 7%;
- ВТ6, ВТ6С – алюминиевые сплавы с включением ванадия (3,5%-6%);
- ВТ15 – один из самых прогрессивных титановых сплавов, в состав которого входит хром (около10%), молибден (7%-8%) и алюминий (около3,5%).
Различают две основные группы легирующих элементов в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения титана (882,5 °C): б-стабилизаторы (элементы, расширяющие область существования б-фазы и повышающие температуру превращения – А1, Оа, С) и в-стабилизаторы (элементы, суживающие б-область и снижающие температуру полиморфного превращения, – V, Мо, Сг).
|
|
|
Легирующие элементы делятся на две основные группы: элементы с большой (в пределе – неограниченной) и ограниченной растворимостью в титане. Элементы с ограниченной растворимостью вместе с титаном могут образовывать интерметаллиды, силициды и фазы внедрения.
Легирующие элементы влияют на эксплуатационные свойства титана (Ре, А1, Мп, Сг), повышают его прочность, но снижают эластичность и вязкость; А1, Zr увеличивают жаропрочность, а Мо, Zr, Та – коррозионную стойкость.
Виды термической обработки титановых сплавов.
Рекристаллизационный (простой) отжиг холоднодеформированных сплавов (650–850 °C).
Изотермический отжиг (нагрев до 780–980 °C с последующим охлаждением в печи до 530–680 °C, выдержка при этой температуре и охлаждение на воздухе), обеспечивающий высокую пластичность и термическую стабильность сплавов.
Двойной ступенчатый отжиг (отличается от изотермического тем, что переход от первой ступени ко второй осуществляется охлаждением сплава на воздухе с последующим повторным нагревом до температуры второй ступени), приводящий к упрочнению сплава и снижению пластичности за счет частичного протекания процессов закалки и старения.
Неполный отжиг при 500–680 °C с целью снятия возникающих при механической обработке остаточных напряжений.
Упрочняющая термическая обработка. Большинство титановых сплавов легировано алюминием, повышающим жесткость, прочность, жаропрочность и жаростойкость материала, а также снижающим его плотность.
-титановые сплавы термической обработкой не упрочняются; их упрочнение достигается посредством легирования твердого раствора и пластической деформацией.
(+) – титановые сплавы характеризуются смешанной структурой и упрочняются термической обработкой, состоящей из закалки и старения.
Псевдо--титановые сплавы характеризуются высоким содержанием -стабилизаторов и вызванным этим отсутствием мартенситного превращения. Сплавы характеризуются высокой пластичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью в состаренном; они удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой.
|
|
|
Псевдо--титановые сплавы характеризуются высоким содержанием -стабилизаторов и вызванным этим отсутствием мартенситного превращения. Сплавы характеризуются высокой пластичностью в закаленном 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 ВТЗ-1Л по составу в основном совпадают с аналогичными деформируемыми сплавами (в то же время сплав ВТ14Л дополнительно содержит железо и хром).
Высокими технологическими свойствами обладает сплав ВТ5Л: он пластичен, не склонен к образованию трещин при литье, хорошо сваривается. Фасонные отливки из сплава ВТ5Л работают при температурах до 400 °C. Недостатком сплава является его невысокая прочность (800 МПа). двухфазный литейный сплав ВТ14Л подвергают отжигу при 850 °C вместо упрочняющей термической обработки, резко снижающей пластичность отливок.
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 (ГИП), обладает теми же механическими свойствами, что и деформируемый сплав после отжига. Закаленному и состаренному деформируемому сплаву ВТ6 порошковый сплав уступает в прочности, но превосходит в пластичности.
|
|
|
