- •1 Конструкційна міцність і шляхи її підвищення
- •1.1 Загальні положення
- •1.2 Конструкційна міцність матеріалів
- •1.2.1 Загальні положення
- •1.2.2 Механічні властивості та способи їх
- •1.3 Методи підвищення конструкційної
- •1.4 Залізовуглецеві сплави основні конструкційні
- •1.4.1 Загальні положення
- •1.4.2 Вуглецеві сталі
- •1.4.3 Чавуни
- •2 Термічна обробка
- •2.1 Загальні положення термічної обробки
- •2.2 Перетворення при нагріванні і охолоджуванні сталі
- •2.2.1 Утворення аустеніту при нагріванні
- •2.2.2 Перетворення аустеніту при охолоджуванні
- •2.2.3 Перетворення мартенситу при нагріванні
- •2.3 Види термічної обробки
- •2.3.1 Відпал
- •2.3.2 Гартування
- •Vкрит.- критична швидкість гартування
- •2.3.3 Відпуск
- •2.3.4 Дефекти термічної обробки
- •2.4 Поверхневе зміцнення
- •2.4.1 Загальні положення
- •2.4.2 Поверхневе гартування
- •2.4.2.1 Гартування з індукційним нагрівом
- •2.4.2.3 Поверхневе гартування в електролітах
- •2.4.2.4 Гартування з нагрівом лазерним променем
- •2.4.3 Хіміко-термічна обробка (хто)
- •3 Леговані сталі
- •3.1 Загальні положення
- •3.2 Конструкційні сталі
- •3.2.1 Сталі підвищеної оброблюваності
- •3.2.2 Низьковуглецеві сталі для цементації
- •3.2.3 Середньовуглецеві сталі для поліпшення
- •3.2.4 Ресорно-пружинні сталі
- •3.2.5 Підшипникові сталі
- •3.2.6 Високоміцні сталі
- •3.2.7 Зносостійкі сталі та сплави
- •3.3 Інструментальні сталі
- •3.3.1 Загальні положення
- •3.3.2 Сталі для різального інструменту
- •3.3.2.1 Вуглецеві і леговані інструментальні сталі
- •3.3.2.2 Швидкорізальні сталі
- •3.3.3 Штампові сталі
- •3.3.4 Сталі для вимірювальних інструментів
- •3.3.5 Тверді сплави
- •3.4 Спеціальні сталі
- •3.4.1 Корозійностійкі (нержавіючі) сталі
- •3.4.2 Жаростійкі сталі і сплави
- •3.4.3 Жароміцні сталі і сплави
- •3.4.4 Магнітні сталі і сплави
- •4 Кольорові метали і сплави
- •4.1 Алюміній і сплави на його основі
- •4.1.1 Загальна характеристика алюмінію
- •4.1.2 Алюмінієві сплави
- •4.2 Магній і сплави на його основі
- •4.2.1 Загальна характеристика магнію і його сплавів
- •4.2.2 Магнієві сплави, що деформуються
- •4.2.3 Ливарні магнієві сплави
- •4.3 Титан і сплави на його основі
- •4.3.1 Загальна характеристика титану і його сплавів
- •4.3.2 Промислові титанові сплави
- •4.4 Берилій і сплави на його основі
- •4.4.1 Властивості берилію
- •4.4.2 Берилієві сплави
- •4.5 Мідь і її сплави
- •4.5.1 Загальна характеристика міді і її сплавів
- •4.5.2 Латунь
- •4.5.3 Бронзи
- •Література
- •Курс лекцій з дисципліни
- •108/2007. Підп. До друку Формат 60х84/16.
- •84313, М. Краматорськ, вул. Шкадінова, 72
4.3 Титан і сплави на його основі
4.3.1 Загальна характеристика титану і його сплавів
Титан є одним з найпоширеніших елементів і за змістом в земній корі посідає четверте місце після заліза, алюмінію і магнію. Температура плавлення титана складає 1668оС, а густина – 4510 кг/м3. Титан має дві поліморфні модифікації. Низькотемпературна (до 882°С) модифікація Tiα характеризується гексагональними щільно упакованими гратами з періодами а = 0,296 нм, с=0,472 нм. Високотемпературна Tiβ має об'ємно центровані кубічні грати з періодом а = 0,332 нм.
Технічний титан маркують залежно від змісту домішок ВТ1-00 (сума домішок < 0,10%), BTl-0 (сума домішок < 0,30%).
Технічний титан добре обробляється тиском і зварюється аргонодуговим і точковим зварюванням. Титан погано обробляється різанням, налипає на інструмент, внаслідок чого той швидко зношується. Механічна обробка титана здійснюється інструментами з швидкорізальної сталі і твердих сплавів при малих швидкостях різання з великою подачею і глибиною різання і застосуванням інтенсивного охолоджування.
Легуючі елементи за характером впливу на поліморфні перетворення титана підрозділяють на три групи: α-стабілізаторі, β-стабілізаторі і нейтральні елементи.
До α-стабілізаторів відносяться А, О, N, які підвищують температуру поліморфного α↔β перетворення і розширюють область твердих розчинів на основі Tiα. Практичне значення для легування титана має тільки алюміній, оскільки кисень і азот сильно окричують титанові сплави і не застосовуються як легуючі елементи.
Введення алюмінію в титанові сплави зменшує їх густину і схильність до водневої крихкості, підвищує модуль пружності і межу міцності звичних і підвищених температур.
Знижуючи температуру поліморфного перетворення титана, β-стабілізатори розширюють область твердих розчинів на основі Тiβ, і, як правило, підвищують міцність, жароміцність і термічну стабільність титанових сплавів, декілька знижуючи їх пластичність. Крім того, вони сприяють зміцненню сплавів за допомогою термічної обробки. Найсприятливіший вплив на властивості титанових сплавів роблять Мо, V, Сг, Мn.
Нейтральні елементи Sn, Zr, Hf, Th мало впливають на температуру поліморфного перетворення, і їх наявність не змінює фазового складу титанових сплавів. Нейтральні елементи впливають на властивості титанових сплавів, завдяки зміні властивостей α- і β-фаз, в яких вони розчиняються. Найбільше практичне значення мають олово (підвищує міцність титанових сплавів при звичних і високих температурах без помітного зниження пластичності) і цирконій (збільшує межу повзучості).
Механічні властивості титану сильно залежать від наявності домішок (кисню, азоту, вуглецю і водню), які при взаємодії з ним утворюють тверді розчини проникнення, а також гідриди, оксиди, нітриди і карбіди. При цьому підвищується твердість, межі міцності і текучість, але значно зменшується пластичність, погіршуються зварюваність і штампуємість, знижується корозійна стійкість. Тому вміст цих домішок в титані обмежений сотими, а іноді тисячними частками відсотка. Аналогічним чином, але у меншій мірі, впливають на його властивості залізо і кремній, утворюючі з титаном тверді розчини заміщення.
Титанові сплави піддають відпалу, гартуванню і старінню, хіміко-термічній обробці. Відпал проводять головним чином після холодної деформації для зняття наклепу при 670…800°С з витримкою від 15 хв. до 3 год.
Для підвищення зносостійкості титанові сплави піддають азотизації в середовищі сухого, очищеного від кисню, азоту, оскільки азотизація в аміаку сприяє окрихчуванню титанових сплавів унаслідок насичення воднем. Азотують сплави при температурі 850…950°С протягом 10…50 год. При цьому на поверхні утворюються тонкий нітрідний шар і α-твердий розчин, збагачений азотом. Товщина нітрідного шару дорівнює 0,06…0,2 мм, твердість – 1200 HV. Глибина шару, збагаченого азотом α-твердого розчину, дорівнює 0,1…0,15 мм, твердість – 500…800 HV. Для усунення крихкого нітрідного шару і зменшення крихкості азатованого шару рекомендується проводити вакуумний відпал при 800…900°С.
Для підвищення жаростійкості титанові сплави піддають силіціюванню й іншим видам дифузійної металізації.