15. Титан и титановые сплавы. Составы, свойства, термическая обработка.

Титан - металл серебристо-белого цвета. Титан имеет две аллотропические модификации: 1) до 882⁰С α-титан, имеющий ГПУ-решетку;

2) более 900⁰С β-титан, имеющий ОЦК-решетку.

Вредными примесями для титана являются азот, углерод, кислород и водород, образующие с ним твердый раствор внедрения и хрупкие оксиды, карбиды, нитриды и гидриды. Эти примеси снижают частичность и свариваемость титана, повышают его твердость и прочность и ухудшают сопротивление коррозии. Чем больше примесей, тем выше прочность и ниже пластичность. На поверхности титана легко образуется стойкая оксидная пленка вследствие чего титан обладает высокой сопротивляемостью коррозии в пресной и морской воде и в некоторых кислотах. При температурах выше 500⁰С титан и его сплавы легко окисляются и поглощают водород, который вызывает охрупчивание (водородная хрупкость). Технический титан хорошо обрабатывается под давлением, сваривается (в среде аргона), но обработка резанием затруднена. Титан легируют Al, Mo, V, Mn, Сr, Sn, Fe, Zr, Nb. Титан легируют для улучшения механических свойств и повышения коррозионной стойкости. Легирующие элементы делят на две группы:

1) А1, О, N, повышают температуру полиморфного превращения и расширяют α-область - α-стабилизаторами. Некоторые элементы этой группы образуют с титаном химические соединения. 2) Mo, V, Mn, Сг, Fe понижают температуру полиморфного превращения и расширяют область существования β-фазы - β-стабилизаторами.

При легировании титана Mn, Fe, Сr, Si образуются химические соединениякоторые приводят к протеканию в сплаве эвтектоидного превращения. Образование эвтектоида охрупчивает сплав.

Все сплавы титана содержат алюминий. Можно выделить следующие сплавы титана:

1) α-сплавы, структура которых твердый раствор легирующих элементов в α-титане. Основной легирующий элемент в них алюминий. Кроме того, сплавы могут содержать нейтральные элементы (Sn, Zr) и небольшое количество β-стабилизаторов (Mn, Fe, Сг, Мо). Эти сплавы обладают низкой прочностью и пластичностью, не подвергаются термообработке, легко упрочняются при холодной деформации и хорошо свариваются, термически устойчивые. Наличие β-стабилизаторов повышает их пластичность.

2) α + β-сплавы, состоящие из α и β-твердых растворов, α + β-сплавы содержат алюминий и β-ста-билизаторы (Сr, Mo, Fe). Имеют высокую пластичность, хорошо свариваются, но термически не стабильны. После сварки и деформации необходимо проводить термообработку для возвращения пластичности.

3) β-сплавы, структура которых твердый раствор легирующих элементов в β-титане. Эти сплавы содержат большое количество β-стабилизаторов. Применяются как коррозионностойкие и теплостойкие на короткое время работы.

Титановые сплавы подвергают термическй и химико-термической обработке:

1) Рекристализационный отжиг. Применяют для титана и α-сплавов для снятия наклепа после их холодной обработки давлением. Температура рекристаллизационного отжига 520-850⁰С в зависимости от состава сплава.

2) Изотермический отжиг. При изотермическом отжиге после выдержки при температуре 750-950⁰С детали охлаждают до 500-650⁰С в печи и выдерживают определенное время, необходимое для распада β-фазы, и охлаждают на воздухе.

3) Закалка и старение. Для α + β-сплавов закаливают при температуре 800-920⁰С с последующим старением при 450-550⁰С с выдержкой 2-16 ч. Для β –сплавов закаливают в воде при температуре 800⁰С с последующим двойным старением при 480-500⁰С с выдержкой 16-25 ч и при 560⁰С с выдержкой 15 минут.

4) Азотирование. Проводиться в среде азота или смеси азота с аргоном при температуре 850-950⁰С в течении 10-50 ч. Такая обработка повышает коррозионную, и износостойкость и улучшает антифрикционные свойства.