Титан и его сплавы

Плавится титан при температуре 1660°С, аллотропичен, вредные примеси N, C, O, H. Пленка TiO₂ защищает титан от окисления, коррозии в любой воде, некоторых кислотах. Он плавится, льется, сваривается в среде аргона, подвергается ОМД. Из титана изготавливают лист, трубы, профиль, проволоку. Сплавы его с Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si, Ga, Ge, La, Nb, Ta, Zr, W, Mo, Co, Si, имеют повышенную прочность, жаропрочность, коррозионную стойкость. Титановые сплавы термообрабатываются.

Титановые сплавы деформируются, льются, изготавливаются из порошков, закаливаются, отпускаются, хорошо мехобрабатываются.

Деформируемые сплавы титана:

- ά – сплавы: ВТ5, ВТ-5-1, ОТ-4;

- ά – β сплавы: ВТ-6, ВТ14, ВТ8; ВТ15

Литейные сплавы: ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ14Л, ВТ3-1Л

Порошковые сплавы титана получают из порошков прессованием, они прочны, пластичны.

Из титановых сплавов изготавливают обшивку самолетов, морских судов, подводных лодок, корпуса ракет, двигателей, деталей турбин, компрессоров, гребные винты, баллоны для сжиженных газов, емкости для химических средств и много других изделий.

Титановые сплавы можно подвергать, отжигу, закалке, старению и ХТО. Отжиг α – сплавов проводят при 800 – 850 ⁰С, а α + β – сплавов – при 750 -800 ⁰С. Вакуумный отжиг позволяет уменьшить содержание водорода, что приводит к повышению ударной вязкости, уменьшению разрушений и растрескивания.

При высокой концентрации легирующего элемента и закалке возникает мартенситная α^׀׀ – фаза с ромбической решеткой и ω – фаза с гексагональной структурой. В процессе старения закаленных сплавов происходит их упрочнение, обусловленное распадом α^׀׀ и β – фаз.

Деформируемые сплавы титана хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, свариваются, обладают высокой сопротивляемости коррозии.

Характерные особенности титана – малая плотность 4,51 кг/дм³ , высокая прочность, которая сохраняется до 600⁰С, коррозионная стойкость. Они определяют область его применения. Титановые сплавы сочетают высокую прочность (σ_В= 800-1500 МПа) с хорошей пластичностью (δ= 12- 25%), относительно хорошую жаропрочность до 600- 700⁰С, высокую коррозионную стойкость во многих агрессивных средах кроме HCL, HF. α- титановые сплавы не стареют и используются в криогенных установках до гелиевых температур (-272⁰С). Одним из недостатков титановых сплавов является их плохая обрабатываемость режущим инструментом.

8 Основы порошковой металлургии

Общие вопросы

Порошковая металлургия – это отрасль металлургии, включающая получение порошков металлов, их сплавов, неметаллических материалов и изготовление из них различных изделий. Порошковой металлургией получают изделия со свойствами, составами, структурами, которые невозможно получить традиционными способами классической металлургии, так как многие материалы несовместимы (графит не растворяется в меди, свинец не реагирует с железом и т.д.) или вообще не встречаются в природе (эльборы, карборунды и т.д.).

В настоящее время производятся порошки Fе, Ni, Аl, Cu, Co, Sn, Pb, Ag, W, Mo, редких металлов, актинидов, Be, тугоплавких металлов и др. Освоено производство порошков нержавеющих сталей, сплавов на основе Ni, Cr, Mo, W, V и др. Изготавливаются также порошки из металлоидов B, C, Si - их соединений, карбидов, нитридов, боридов, сульфидов, фосфидов, оксидов, фторидов, хлоридов, силицидов металлов.

Широкие возможности порошковой металлургии позволили создать композиционные материалы: металл-стекло; различные порошки с металлической связкой; дисперсно-упрочняемые композиты (ДКМ, САП); армирование металлов и сплавов металлическими, неметаллическими волокнами, нитевидными кристаллами. Детище только порошковой металлургии - высокопористые материалы, сверхтвердые материалы для инструмента, керметы.

В технологии порошковой металлургии применяются: прессование, спекание прессовок, допрессовка, прокатка, штамповка, волочение, холодное и горячее экструдирование, пропитка жидкими металлами и сплавами. В настоящее время научились производить порошки заданного размера, формы.

Основными методами получения металлических порошков являются:

а) восстановление оксидов;

б) распыление жидких металлов воздухом, водой, с помощью центробежных сил;

в) ударное воздействие;

г) электролиз водных растворов, расплавленных сред;

д) диссоциация карбонилов металлов Me_х (Cо₂)_у, которые имеют низкую температуру плавления. После возгонки их разлагают на металл и CO₂;

е) возгонка, испарение, конденсация;

ж) диффузионное насыщение из точечных источников;

и) метод обменных химических процессов; и) синтез некоторых элементов (алмаз, эльбор).

В настоящее время получают следующие порошки и пудры:

1) алюминиевые порошки в виде крупки, порошка и пудры. Крупки используются в ферросплавной промышленности, пудра - для изготовления красок и технологии САП;

2) железные порошки (ПЖ) разного химического и гранулометрического состава;

3) иридиевый порошок ИА - 1, ИА - 2;

4) кадмиевый порошок;

5) кобальтовый порошок электролитический ПК1 и 2;

6) медный электролитический порошок (ПМ, ПМС и т.д.);

7) никелевый порошок карбонильный и электролитический (ПИК 1,2 и т.д.), ПНЭ;

8) оловянистый (ПО, ПОЭ);

9) палладиевый порошок аффинированный Пg АП - 1,2;

10) платиновый аффинированный порошок Пл АП - 0,1,2;

11) родиевый аффинированный порошок Rh Al, 2;

12) свинцовый порошок LC 1,2;

13) серебряный порошок ПС 1,2;

14) цинковый порошок ПЦ 1,2,3 и т.д;

15) танталовый порошок;

16) титановый порошок;

17) алюминиево-марганцевый ПАМр;

18) алюминиево-титановый АСД-Т;

19) алюминиево-кремнисто-никелево-железистый;

20) бронзовые порошки;

21) латунные порошки;

22) порошки легированных, высоколегированных сталей и сплавов;

23) порошки нержавеющих сталей;

24) порошки карбидов Ti, Zr, Nd, Mo, W, Si;

25) порошки карбидов Y, La, Ce, Pr, Nd, Gd;

26) порошки силицидов Y, La, Ce, Pr, Nd, Mg, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W;

27) порошки нитридов B, Mg, Al, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Zr, V, Mn;

28) порошки боридов Ca, Ba, Y, La, Gd, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Br, W, Ce.

Изготовленные порошки должны соответствовать ГОСТам, ТУ по гранулометрическому и химическому составам, насыпной плотности, прессуемости, текучести, прочности прессовки, удельной поверхности.