Производство деталей из металлических порошков 9 страница

При повышении содержания магния временное сопротивление возрастает от 110 МПа (AMгl) до 340 МПа (АМг6) при соответствующем снижении относительного удлинения с 28 до 20 %.

Сплавы типа АМц и АМг применяют для изделий, получаемых глубокой вытяжкой и сваркой (корпусы и мачты судов, рамы вагонов и др.), а также деталей, от которых требуется высокая коррозионная стойкость (трубопроводы для бензина и масла, сварные баки),

К сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся дуралюмины, ковочные и высокопрочные сплавы.

Дуралюминами называют сплавы, относящиеся к системе Al-Cu-Mg, в которые дополнительно вводят марганец. При закалке сплавы дуралюмины нагревают до 495…505°С (Д16) и до 500…510°С (Д1) и затем охлаждают в воде при 40 °С. После закалки структура состоит из пересыщенного твердого раствора и нерастворимых фаз, образуемых примесями. Далее сплавы подвергают естественному или искусственному старению.

Естественное старение продолжается 5-7суток. Длительность старения значительно сокращается при увеличении температуры до 40°С и особенно до 100°С. Для упрочнения дуралюминов, как правило, применяют закалку с естественным старением, так как в этом случае сплавы обладают лучшей пластичностью и менее чувствительны к концентраторам напряжений.

Искусственному старению (190°С, 10 ч) подвергают лишь детали, используемые для работы при повышенных температурах (до 200 °С).

Большое практическое значение имеет начальный период старения (20…60 мин), когда сплав сохраняет высокую пластичность и низкую твердость. Это позволяет проводить такие технологически операции, как клепка, правка и др.

Ковочные алюминиевые сплавы маркируют буквами АК. Они об-ладают хорошей пластичностью и стойкостью к образованию трещин при горячей пластической деформации. По химическому составу сплавы близки к дуралюминам, отличаясь более высоким содержанием кремния. Ковку и штамповку сплавов ведут при 450…475 °С. Их при-меняют после закалки и искусственного старения.

Высокопрочные алюминиевые сплавы маркируют буквой В. Они отличаются высоким пределом прочности (600…700 МПа) и близким к нему по значению пределом текучести. Высокопрочные сплавы относят-ся к системе Al-Zn-Mg-Cu и содержат добавки марганца и хрома или циркония. Цинк, магний и медь образуют фазы, обладающие переменной растворимостью в алюминии (MgZn2, CuMgAl2 и Mg3Zn3Al2). При 480°С эти фазы переходят в твердый раствор, который фиксируется закалкой. При искусственном старении происходит распад пересыщенного твердого раствора с образованием тонкодисперсных частиц метастабильных фаз, вызывающих максимальное упрочнение сплавов. Наибольшее упрочнение вызывают закалка (465…475°С) и старение (140°С) в течение 16 ч. После такой обработки сплава В95 предел прочности достигает 600 МПа, предел текучести - 550 МПа, относительное удлинение - 12%, К1С - 30 МПа•м1/2, КСТ - 30 кДж/м2 и твердость - до 150 НВ.

Сплав В96 имеет более высокие прочностные свойства (σв до 700 МПа; σ0,2 до 650 МПа; твердость до 190 НВ), но пониженные пластичность (δ до 7%) и вязкость разрушения. Для повышения этих характеристик сплавы подвергают двухступенчатому смягчающему старению при 100…120°С в течение 3…10 ч (первая ступень) и 160…170 °С в течение 10…30ч (вторая ступень). После смягчающего старения у сплава В95 предел прочности не превышает 590 МПа, предел текучести - 470 МПа, а относительное удлинение повышается до 13%, К1с до 36 МПа•м1/2 и КСТ до 75 кДж/м2.

Сплавы применяют для высоконагруженных деталей конструкций, работающих в основном в условиях напряжения сжатия (обшивка, стрингеры, шпангоуты, лонжероны самолетов).

4.1.2.2 Литейные алюминиевые сплавы

Наибольшее распространение получили литейные сплавы на ос-нове систем Al-Si и A1-Си. Маркируются литейные сплавы буквами АЛ и цифрой, указывающей номер сплава.

Лучшими литейными свойствами обладают сплавы Al-Si (силумины), для которых характерны высокая жидкотекучесть, малая усадка, отсутствие или низкая склонность к образованию горячих трещин и хорошая герметичность. Плотность большинства силуминов составляет 2650 кг/м3.

Механические свойства зависят от химического состава, технологии изготовления, а также термической обработки. В двойных силуминах с увеличением содержания кремния до эвтектического состава (12…13%) снижается пластичность и повышается прочность. Появление в структуре сплавов крупных кристаллов первичного кремния вызывает снижение прочности и пластичности.

Несмотря на переменную растворимость кремния (от 0,05% при 200°С до 1,65% при эвтектической температуре), двойные сплавы не упрочняются термической обработкой, что объясняется высокой скоростью распада твердого раствора, частично происходящего уже при закалке. Единственным способом повышения механических свойств этих сплавов является измельчение структуры путем модифицирования натрием. Помимо модифицирующего действия натрий сдвигает эвтектическую точку в системе Al-Si в сторону больших содержаний кремния. Благодаря этому эвтектический по составу сплав (АЛ2) становится доэвтектическим. В его структуре помимо мелко-кристаллической эвтектики появляются пластичные выделения первичного алюминия. Все это приводит к увеличению пластичности и прочности.

Для легирования силуминов часто используют Mg, Cu, Mn, Ti и др...

Магний и медь , обладая переменной растворимостью в алюминии, способствуют упрочнению силуминов при термической обработке, со-стоящей, как правило, из закалки и искусственного старения. Температура закалки различных силуминов находится в пределах 515…535°С, температура старения – 150…180°С. Из легированных силуминов средней прочности наибольшее применение в промышленности нашли сплавы с добавками магния (АК7ч), магния и марганца (АК9ч).

Сплавы системы А1-Сu (АМ4, АМ5) хорошо обрабатываются ре-занием и свариваются. Они характеризуются высокой прочностью при обычных и повышенных температурах (до 300°С, но обладают плохими литейными свойствами). Это объясняется образованием в данной системе эвтектики при высоком содержании меди (33%),которое не достигается в промышленных сплавах. Литейные и механические свойства улучшаются в результате легирования титаном и марганцем (АМ5). Марганец, образуя пересыщенный твердый раствор при кристаллизации из жидкого состояния, способствует значительному упрочнению сплава.

4.1.2.3 Гранулированные алюминиевые сплавы

Из гранулированных сплавов широкое распространение получили спеченные алюминиевые порошки (САП) и спеченные алюминиевые сплавы (САС).

САП представляет собой смесь алюминия с мелкими (до 10-6м) ча-стичками Al2О3. Эти сплавы получают путем холодного брикетирования исходных смесей, вакуумного отжига и последующего спекания нагретых брикетов под давлением. В структуре САПов находятся дисперсные частички Аl2О3, которые эффективно тормозят движение дислокаций и повышают прочность сплава. Содержание этих частичек изменяется от 6…9% (САП-1) до 18...22% (САП-4), соответственно, предел прочности повышается до 450 МПа, а относительное удлинение снижается от 6% до 1…2%.

САПы сохраняют высокую прочность до 350оС, а при 500оС пре-дел прочности еще сохраняется равным 100 МПа, в то время как для жаропрочных дураминов предел прочности при этой температуре сни-жается до 5 МПа.

САПы с 10…12% Аl2О3 имеет такую коррозионную стойкость, как и технический алюминий. В отличие от алюминиевых сплавов они не склонны к коррозии под напряжением.

Недостатком САПов является их низкая способность к пластиче-скому деформированию.

САС представляет собой гранулированный алюминиевый поро-шок с высоким содержанием легирующих элементов (марганца, хрома, титана, циркония, ванадия), нерастворимых или мало растворимых в алюминии.

При литье гранул (0,1…1 мм) центробежным способом капли жидкого металла охлаждаются в воде со скоростями до 108 оС/с. При этом образуются твердые растворы, которые содержат легирующие элементы в количестве, превышающем их предельную растворимость в равновесных условиях. Например, граничная растворимость марганца в алюминии составляет 1,4%, а при охлаждении с высокой скоростью об-разуется аномально пересыщенный твердый раствор, содержащий до 5% Mn.

Высокие скорости охлаждения способствуют улучшению струк-туры сплавов. Если при обычных методах литья наблюдаются грубые первичные и эвтектические выделения интерметаллидных фаз, то в гранулированных алюминиевых сплавах такие включения становятся дисперсными с равномерным расположением в металле, что повышает механические свойства.

4.2 Магний и сплавы на его основе

4.2.1 Общая характеристика магния и его сплавов

Магний не имеет полиморфных превращений и кристаллизуется с образованием гексагональной плотноупакованной решетки с периодами а = 0,3202 нм, с = 0,5199 нм (с/а = 1,6209). Плотность магния составляет 1739 кг/м3.

Теплопроводность магния в 1,5, а электрическая проводимость – в 2 раза ниже, чем у алюминия. Магний и алюминий близки по удельной жесткости, хотя его модуль нормальной упругости примерно в 1,5 раза меньше, чем у алюминия.

В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния: Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95% Mg), Мг90 (99,90 % Mg). В настоящее время освоено производство магния высокой чисто-ты (99,9999% Mg). Примеси Fe, Si, Ni, Cu снижают пластичность и коррозионную стойкость магния.

Чистый магний из-за низких механических свойств как конструкци-онный материал не применяют. Его используют в пиротехнике, в хими-ческой и металлургической промышленностях и др.

Сплавы магния отличаются низкой плотностью, в горячем состоянии сплавы хорошо куются, прокатываются и прессуются. Они удовлетворительно свариваются контактной роликовой и дуговой сваркой.

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплавы), легко шлифуются и полируются.

Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность, поскольку при малой плотности их временное сопротивление может достигать 400 МПа.

Термическая обработка магниевых сплавов затруднена из-за низ-кой скорости диффузионных процессов в магниевом твердом растворе, что требует больших выдержек как при нагреве под закалку (до 30 ч) для растворения вторичных фаз, так и при искусственном старении.

Магниевые сплавы могут подвергаться гомогенизационному, ре-кристаллизационному и релаксационному отжигу. Для деформируемых сплавов диффузионный отжиг совмещают с нагревом для горячей обработки давлением. Температура рекристаллизационного отжига магниевых сплавов находится в интервале 250…350°С. Более высокие температуры вызывают рост зерна и понижение механических свойств. Отжиг для снятия остаточных напряжений проводят при температурах ниже температур рекристаллизации.

Предел прочности и особенно предел текучести магниевых спла-вов значительно повышаются после проведения термомеханической об-работки. Высокотемпературная механическая обработка магниевых сплавов состоит в пластическом деформировании при температуре закалки и последующем старении, а низкотемпературная – в деформировании ниже температуры рекристаллизации со степенью деформации 10…15 %.

К недостаткам магниевых сплавов наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости следует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению,

По технологии изготовления магниевые сплавы подразделяются на литейные (МЛ) и деформируемые (МА). окислению и воспламенению при производстве.

Для защиты от коррозии изделия из магниевых сплавов подвергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

Повышение пластичности магниевых сплавов достигается при пониже нии содержания вредных примесей Fe, Ni, Сu (сплавы повышенной чистоты МЛ5пч МА2пч).

4.2.2 Деформируемые магниевые сплавы

Среди деформируемых сплавов наибольшей прочностью обладают сплавы систем Mg-А1 и Mg-Zn.

Сплавы с низким содержанием алюминия и поэтому небольшим количеством вторичных фаз в структуре дают незначительное упрочнение при закалке и старении. Их применяют в горячепрессованном или отожженном состоянии.

Сплавы с высоким содержанием алюминия, дополнительно легированные серебром и кадмием (МА10), обладают самой высокой прочностью (σв = 430 МПа).

В промышленные сплавы не вводят более 10% А1 и более 6% Zn, так как большое количество промежуточных фаз вызывает снижение пластичности.

Необходимо отметить, что цинк и алюминий придают сплавам хорошую технологическую пластичность, что позволяет изготовлять из них кованые и штампованные детали сложной формы.

Сплавы системы Mg-Zn, легированные литием с добавками кадмия (МА21) или церия (МА18), относятся к сверхлегким (плотность 1,350…1,600 т/м3). Они обладают хорошей пластичностью, малой ани-зотропией свойств, высокой прочностью при криогенных температурах, отсутствием чувствительности к надрезу.

Магниевые сплавы выпускаются в виде поковок, штамповок, ли-стов, прутков, труб, профилей и применяют для несвариваемых нагру-женных деталей (обшивки самолетов, деталей грузоподъемных машин, автомобилей, ткацких станков и др.).

4.2.3 Литейные магниевые сплавы

По химическому составу многие литейные сплавы магния близки к деформируемым, но, благодаря обеспечению при выплавке высокой точности размеров и чистоты поверхности отливок, практически ис-ключается обработка резанием, что приводит к значительной экономии металла.

Механические свойства литейных магниевых сплавов соответству-ют свойствам литейных алюминиевых сплавов, но, обладая меньшей плотностью, магниевые сплавы превосходят их по удельной прочности.

Наибольшее применение нашли сплавы системы Mg-Al-Zn, осо-бенно сплавы с повышенным содержанием алюминия. Наилучшее соче-тание литейных и механических свойств имеют сплавы, содержащие 7,5…10% Al (MЛ5, МЛ6). Небольшие добавки цинка способствуют улучшению технологических свойств.

Термическая обработка этих сплавов (гомогенизация при 420°С в течение 12…24 ч и последующая закалка с этой температуры) способ-ствует повышению прочности и пластичности. Вследствие малой скоро-сти диффузии алюминия в магнии сплавы закаливаются при охлаждении на воздухе. Старение при 170…190°С дополнительно повышает времен-ное сопротивление и особенно предел текучести сплавов.

Более высокими технологическими и механическими свойствам обладают сплавы магния с цинком, цирконием, кадмием (МЛ8, МЛ9, МЛ10, МЛ12), наличие которых улучшает литейные свойства магние-вых сплавов, снижает склонность к образованию горячих трещин и по-ристости, увеличивает прочность при обычных и повышенных темпера-турах. Цирконий значительно измельчает крупнозернистую структуру отливок, способствует очистке сплавов от вредных примесей, благо-приятно влияет на свойства твердого раствора, повышает температуру рекристаллизации. Кадмий улучшает механические и технологические свойства.

Малая плотность магниевых сплавов и высокая удельная проч-ность способствуют их широкому применению в самолетостроении, ра-кетной технике, автомобилестроении, в приборостроении. Вследствие малой способности к поглощению тепловых нейтронов магниевые спла-вы используют в атомной технике.

4.3 Титан и сплавы на его основе

4.3.1 Общая характеристика титана и его сплавов

Титан является одним из наиболее распространенных элементов и по содержанию в земной коре занимает четвертое место после железа, алюминия и магния. Температура плавления титана составляет 1668оС, а плотность – 4510 кг/м3. Титан имеет две полиморфные модификации. Низкотемпературная (до 882°С) модификация Tiα характеризуется гек-сагональной плотноупакованной решеткой с периодами а = 0,296 нм, с=0,472 нм. Высокотемпературная Tiβ имеет объемно-центрированную кубическую решетку с периодом а = 0,332 нм.

Технический титан маркируют в зависимости от содержания примесей ВТ1-00 (сумма примесей < 0,10%), BTl-0 (сумма примесей < 0,30%).

Технический титан хорошо обрабатывается давлением и сварива-ется аргонодуговой и точечной сваркой. Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, в результате чего тот быстро изна-шивается. Механическая обработка титана осуществляется инструмен-тами из быстрорежущей стали и твердых сплавов при малых скоростях резания с большой подачей и глубиной резания и применением интен-сивного охлаждения.

Легирующие элементы по характеру влияния на полиморфные превращения титана подразделяют на три группы: α-стабилизаторы, β-стабилизаторы и нейтральные элементы.

К α-стабилизаторам относятся А1, О, N, которые повышают тем-пературу полиморфного α↔β-превращения и расширяют область твер-дых растворов на основе Tiα. Практическое значение для легирования титана имеет только алюминий, так как кислород и азот сильно охруп-чивают титановые сплавы и не применяются в качестве легирующих элементов.

Введение алюминия в титановые сплавы уменьшает их плотность и склонность к водородной хрупкости, повышает модуль упругости и предел прочности обычных и повышенных температурах.

Снижая температуру полиморфного превращения титана, β-стабилизаторы расширяют область твердых растворов на основе Тiβ, и, как правило, повышают прочность, жаропрочность и термическую стабильность титановых сплавов, несколько снижая их пластичность. Кроме того, они способствуют упрочнению сплавов с помощью термической обработки. Наиболее благоприятное влияние на свойства титановых сплавов оказывают Мо, V, Сг, Мn.

Нейтральные элементы Sn, Zr, Hf, Th мало влияют на температуру полиморфного превращения, и их наличие не изменяет фазового состава титановых сплавов. Нейтральные элементы влияют на свойства титановых сплавов, благодаря изменению свойств α- и β-фаз, в которых они растворяются. Наибольшее практическое значение имеют олово (повышает прочность титановых сплавов при обычных и высоких температурах без заметного снижения пластичности) и цирконий (увеличивает предел ползучести).

Механические свойства титана сильно зависят от наличия примесей (кислорода, азота, углерода и водорода), которые при взаимодействии с ним образуют твердые растворы внедрения, а также гидриды, оксиды, нитриды и карбиды. При этом повышается твердость, пределы прочности и текучести, но значительно уменьшается пластичность, ухудшаются свариваемость и штампуемость, снижается коррозионная стойкость. Поэтому содержание этих примесей в титане ограничено со-тыми, а иногда тысячными долями процента. Аналогичным образом, но в меньшей степени, влияют на его свойства железо и кремний, образующие с титаном твердые растворы замещения.

Титановые сплавы подвергают отжигу, закалке и старению, хими-ко-термической обработке. Отжиг проводят главным образом после хо-лодной деформации для снятия наклепа при 670…800°С с выдержкой от 15 мин до 3 ч.

Для повышения износостойкости титановые сплавы подвергают азотированию в среде сухого, очищенного от кислорода, азота, посколь-ку азотирование в аммиаке способствует охрупчиванию титановых сплавов вследствие насыщения водородом. Азотируют сплавы при тем-пературе 850…950°С в течение 10…50 ч. При этом на поверхности об-разуются тонкий нитридный слой и обогащенный азотом α-твердый раствор. Толщина нитридного слоя равна 0,06…0,2 мм, твердость – 1200 HV. Глубина слоя, обогащенного азотом α-твердого раствора, равна 0,1…0,15 мм, твердость – 500…800 HV. Для устранения хрупкого нитридного слоя и уменьшения хрупкости азотирования слоя рекомендуется проводить вакуумный отжиг при 800…900°С.

Для повышения жаростойкости титановые сплавы подвергают си-лицированию и другим видам диффузионной металлизации.

4.3.2 Промышленные титановые сплавы

По структуре в равновесном состоянии титановые сплавы подраз-деляются на α-, псевдо-α-, (α+β)-, псевдо-β- и β-сплавы.

К сплавам с α-структурой относятся сплавы титана с алюминием (например, ВТ5), а также сплавы, дополнительно легированные оловом или цирконием (например, ВТ5-1). Они характеризуются высокими механическими свойствами при криогенных и повышенных температурах, имеют высокую термическую стабильность свойств, но не поддаются термической обработке и обладают низкой технологической пластичностью.

Псевдо-α-сплавы имеют преимущественно α-структуру и не-большое количество β-фазы (1…5%) вследствие дополнительного легирования β-стабилизаторами: Mn, V, Nb, Mo и др. Сохраняя достоинства α-сплавов, они, благодаря наличию β-фазы, обладают высокой технологической пластичностью. Сплавы с низким содержанием алюминия (2…3%) обрабатываются давлением в холодном состоянии и только при изготовлении сложных деталей их нагревают до 500…700°С (ОТ4, ОТ4-1). Сплавы с большим содержанием алюминия при обработке давлением требуют нагрева до 600…800°С. На прочность этих сплавов, помимо алюминия, благоприятно влияют цирконий и кремний. Цирконий, неограниченно растворяясь в α-фазе, повышает температуру рекристаллизации. Кроме того, он способствует увеличению растворимости β-стабилизаторов в α-фазе, что вызывает рост прочности при обычных и высоких температурах. Кремний повышает прочность в результате образования тонкодисперсных силицидов, трудно растворимых в α-фазе. Поэтому псевдо-α-сплавы с содержанием алюминия 7…8% и легированные Zr, Si, Mo, Nb, V (BT20) обладают наибольшей среди титановых сплавов жаропрочностью.

Недостаток этих сплавов – склонность к водородной хрупкости. Водород мало растворим в α-фазе и присутствует в структуре в виде гидридов, которые снижают пластичность и вязкость сплавов. Допустимое содержание водорода в псевдо-α-сплавах колеблется в пределах 0,005…0,02%.

Двухфазные (α+β)-сплавы обладают лучшим сочетанием технологических и механических свойств. Они легированы алюминием и β-стабилизаторами.

Устойчивость β-фазы и термическую стабильность сплавов сильно повышают изоморфные β-стабилизаторы (Mo, V, Nb). Молибден оказы-вает сильное упрочняющее действие, особенно при содержании его в сплаве более 4%. Слабее упрочняют V и Nb, но при этом незначительно снижают пластичность сплавов. Однако наибольшее упрочнение достигается при легировании титана β-стабилизаторами, образующими эвтектику (Fe, Cr, Мn). Поэтому в состав двухфазных промышленных сплавов входят как изоморфные, так и β-стабилизаторы, образующие эвтектику.

Сплавы α+β упрочняются после закалки и старения. В отожженном и закаленном состояниях они имеют хорошую пластичность, а после старения – высокую прочность при обычных и повышенных температурах. При этом, чем больше β-фазы содержится в структуре сплава, тем он прочнее в отожженном состоянии и сильнее упрочняется при термической обработке.

Двухфазные сплавы удовлетворительно свариваются и обрабаты-ваются резанием. После сварки требуется отжиг для повышения пла-стичности сварного шва.

Псевдо-β-сплавы (ВТ15) – высоколегированные в основном β-стабили-заторами сплавы. Суммарное количество легирующих элементов, как правило, превышает 20%. Наиболее часто для легирования используют Мо, V, Сг, реже – Fe, Zr, Sn. Алюминий присутствует почти во всех сплавах, но в небольших количествах (~3%). В равновесном состоянии сплавы имеют структуру преимущественно β-фазы с небольшим количеством α-фазы. После закалки их структура – метастабильная β'-фаза. В этом состоянии сплавы обладают хорошей пластичностью (δ = 12...40%; ψ ≈ 30...60%), легко обрабатываются давлением, имеют сравнительно невысокую прочность (σв ≈ 650...1000 МПа). В зависимости от химического состава временное сопротивление после старения составляет 1300…1800 МПа. У некоторых сплавов σв при старении увеличивается более чем в 1,5 раза. Плотность этих сплавов находится в интервале 4,9…5,1 т/м3. Сплавы отличаются высокой удельной прочностью, об-ладают низкой склонностью к водородной хрупкости, удовлетворитель-но обрабатываются резанием; их недостатки – чувствительность к при-месям кислорода и углерода, которые вызывают снижение пластичности и вязкости; пониженная пластичность сварных швов и низкая тер-мическая стабильность.

Наибольшее распространение в промышленности получил сплав ВТ15. Его выпускают в виде листов, полос, прутков, поковок. Этот сплав рекомендуется для длительной работы при температуре до 350°С.

Однофазные β-сплавы не имеют промышленного применения, так как для получения устойчивой β-структуры они должны быть легирова-ны большим количеством дорогих, дефицитных, обладающих высокой плотностью изоморфных β-стабилизаторов (V, Mo, Nb, Та). Такие спла-вы дорого стоят, имеют пониженную удельную прочность

Титановые сплавы имеют хорошие литейные свойства. Небольшой температурный интервал кристаллизации обеспечивает им высокую жидкотекучесть и хорошую плотность отливки. Они обладают малой склонностью к образованию горячих трещин и небольшой линейной усадкой (1%); их объемная усадка составляет около 3%.

К недостаткам литейных титановых сплавов относятся большая склонность к поглощению газов и высокая активность при взаимодействии с формовочными материалами. Поэтому их плавку и разливку ведут в вакууме или в среде нейтральных газов. Для получения крупных фасонных отливок (до 300…500 кг) используют чугунные и стальные формы; мелкие детали отливают в оболочковые формы, изготовленные из специальных смесей. Для фасонного литья применяют сплавы, аналогичные по химическому составу некоторым деформируемым (ВТ5Л, ВТЗ-1Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы.

Литейные титановые сплавы обладают более низкими механическими свойствами, чем деформируемые. Упрочняющая термическая обработка резко снижает пластичность литейных сплавов и поэтому не применяется.

Получили достаточно широкое распространение сплавы на основе интерметаллидов титана, которые подразделяются на жаропрочные и сплавы, обладающие памятью формы.

Жаропрочные сплавы относятся к системе Ti-А1, их структура состоит из α- и γ-фазы (Тi3Аl и TiAl, соответственно). Эти сплавы по жаропрочности пре-восходят все титановые сплавы и многие жаропрочные стали, приближаясь по свойствам к сплавам на основе никеля. Плотность этих сплавов составляет 3500 кг/м3.

Основу сплавов, обладающих памятью формы, составляет никелид титана (TiNi). Сплавы, обладающие памятью формы, применяются в космической технике для самораскрывающихся антенн, предварительно получивших компактную форму для облегчения доставки на космический корабль. Эти сплавы используются при установке саморасклепывающихся заклепок в труднодоступных местах конструкции и для самосрабатывающих соединительных муфт трубопроводов.

4.4 Бериллий и сплавы на его основе

4.4.1 Свойства бериллия

Бериллий – металл серого цвета, обладающий полиморфизмом. Низкотемпературная модификация Веα, существующая до 1250°С, имеет гексагональную плотноупакованную решетку с периодами а = 0,2286 нм; с = 0,3584 нм. Высокотемпературная модификация бериллия Веβ (1250…1284°С) кристаллизуется с образованием объемно-центрированной кубической решетки.

Бериллий относится к числу редких металлов, поскольку содержа-ние его в земной коре не превышает 0,0005%. Это обстоятельство, а также сложная и дорогая технология извлечения бериллия из руд определяют его высокую стоимость.

По удельной прочности бериллий превосходит высокопрочные стали и все сплавы на основе других легких металлов. Удельная жесткость бериллия выше по сравнению не только с легкими металлами, но и с металлами, обладающими более высоким модулем упругости (W и Мо). К тому же, высокий модуль упругости бериллия (Е = 310 ГПа) мало изменяется при увеличении температуры до 450°С.

Механические свойства бериллия зависят от степени чистоты, технологии производства, размера зерна и наличия текстуры. На хрупкость бериллия большое влияние оказывают примеси. Бериллий имеет небольшой атомный радиус (0,113 нм) и поэтому почти все примеси искажают его кристаллическую решетку и снижают пластичность. Исключение составляет нерастворимый в бериллии алюминий, который улучшает пластичность и поэтому используется для легирования сплавов на основе бериллия.

Бериллий обладает большой теплотой плавления и очень высокой теплотой испарения. По удельной теплоемкости он в 2,5 раза превосходит алюминий, в 4 раза – титан и в 8 раз – сталь. Теплопроводность бериллия всего лишь на ~12% ниже алюминия.

Вследствие плохой обрабатываемости резанием при изготовлении бериллиевых изделий необходимо применять твердосплавный инструмент. Сваривается бериллий дуговым методом в аргоне, гелии или вакууме.

Помимо высокой стоимости, малой пластичности, низкой технологичности и анизотропии свойств, к недостаткам следует отнести токсичность бе-риллия. Попадая в легкие, он вызывает тяжелое легочное заболевание (бериллиоз).

4.4.2 Бериллиевые сплавы

Большинство элементов, растворяясь в бериллии, искажает его кристаллическую решетку, в результате чего увеличивается его хрупкость. В связи с этим наибольшее распространение получили сплавы бериллия с практически нерастворимым в нем при комнатной температуре алюминием. Эвтектика, которая образуется в системе Al-Be при концентрации алюминия 2,5%, состоит из почти чистого алюминия с незначительным количеством бериллия и характеризуется высокой пластичностью. Чем больше содержится в сплавах бериллия, тем выше их прочность и жесткость.