Металловедение сплавов титана

Титан относится к легким металлам (плотность r = 4,505 г/см³, Т_пл= 1668°С). Он имеет полиморфное превращение при температуре 882°С и две аллотропические формы: α -титан с гексагональной решеткой при температуре до 882°С иβ-титан с объемно-центрированной решеткой при температурах выше 882°С. Наличие полиморфизма создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термообработки.

Титановые сплавы имеют следующие преимущества по сравнению с другими сплавами:

1) сочетание высокой прочности (s_b = 0,8¸1,6 ГПа) с хорошей пластичностью (δ = 12¸15 %).

2) Наиболее высокую удельную прочность (соотношение s_b/r) по сравнению с другими сплавами.

3) Относительно хорошая жаропрочность, возможность работать при температурах до 600¸700°С. Сплав ВТ-20 (6%Al, 2% Zr, 1% Mo, 1% V) при 500°С имеет s_b = 0,7 ГПа, а жаропрочная сталь Х14Н18В2БР – 0,45 ГПа.

4. Высокая коррозионная стойкость во многих агрессивных средах (азотная кислота всех концентраций при комнатной и повышенной температурах , кипящие растворы щелочей и т.п.).

Легирующие элементы влияют на полиморфизм титана. Элементы, повышающие температуру a«b-превращения и расширяющие a-область на диаграмме состояния (рис. 7а), являются a-стабилизаторами (алюминий, кислород, азот, углерод). Элементы, понижающие температуру a«b-превращения (рис. 7б), являются b-стабилизаторами (железо, молибден, ванадий, хром, марганец, водород).

Кроме того, для некоторых элементов (магний, железо, хром) при охлаждении происходит эвтектоидное превращение b-фазы с выделением интерметаллидов Ti_x Me_y.

а) б)

Рис. 7.1. Влияние легирующих элементов на полиморфизм титана

а – a-стабилизация; б – b-стабилизация

В соответствии с системой легирования титановые сплавы могут иметь структуру a или a+b. сплавы на основе b-титана не применяются. Титановые сплавы могут подвергаться термообработке (рис. 7.2). Фаза a¢ образуется в результате мартенситного превращения b-фазы, о чем свидетельствует ее игольчатое строение.

Рис. 7.2. Структура титановых сплавов в зависимости

от термообработки и содержания легирующих элементов

Данные о некоторых сплавах титана приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1.

Сплавы титана