Титановые сплавы

Расширяющееся применение титановых сплавов в промышленности объясняется сочетанием у них ряда ценных свойств: малой плотности (4,43—4,6 г/см³), большой удельной прочности, необычайно высокой коррозионной стойкости, значительной прочности при повышенных температурах. Титановые сплавы по прочности не уступают сталям и в несколько раз прочнее алюминиевых и магниевых сплавов. Удельная прочность титановых сплавов является наивысшей среди применяемых в промышленности сплавов. Они являются особо ценными материалами в тех отраслях техники, где выигрыш в массе имеет определяющее значение, в частности в ракетостроении и авиации. Титановые сплавы в промышленном масштабе впервые были использованы в конструкциях авиационных реактивных двигателей, что позволило уменьшить их массу на 10—25%. Благодаря высокой коррозионной стойкости ко многим химически активным средам титановые сплавы используют в химическом машиностроении, в цветной металлургии, в судостроении и медицинской промышленности. Однако распространение их в технике сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью титана. К недостаткам их следует отнести трудную обрабатываемость режущим инструментом, плохие антифрикционные свойства.
Литейные свойства титановых сплавов определяются прежде всего двумя особенностями: малым температурным интервалом кристаллизации и исключительно высокой реакционной способностью в расплавленном состоянии по отношению к формовочным материалам, огнеупорам, газам, содержащимся в атмосфере.
Поэтому получение отливок из титановых сплавов связано со значительными технологическими трудностями.
Для фасонных отливок применяют титан и его сплавы: ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ6Л, ВТЗ-1Л, ВТ9Л, ВТ14Л. Наиболее широко используют сплав ВТ5Л с 5% А1, отличающийся хорошими литейными свойствами, технологичностью, недефицитностью легирующих элементов, удовлетворительной пластичностью и прочностью (σв = 700 МПа и 900 МПа соответственно). Предназначены сплавы для отливок, длительно работающих при температурах до 400°С.
Сплав титана с алюминием, молибденом и хромом BT3-1Л — наиболее прочный из литейных сплавов. Его прочность (σв = 1050 МПа) приближается к прочности деформируемого сплава. Но его литейные свойства и пластичность ниже, чем у сплава ВТ5Л. Сплав отличается высокой жаропрочностью, отливки из него могут длительно работать при температуре до 450°С.
Сплав титана с алюминием, молибденом и цирконием ВТ9Л обладает повышенной жаропрочностью и предназначен для изготовления литых деталей, работающих при температурах 500—550°С.

Титан — серебристо-белый легкий металл с плотностью 4,5 г/см³. Температура плавления титана зависит от степени чистоты и находится в пределах 1660…1680^oС. Чистый иодидный титан, в котором сумма примесей составляют 0,05…0,1 %, имеет модуль упругости 112 000 МПа, предел прочности около 300 МПа, относительное удлинение 65%. Наличие примесей сильно влияет на свойства. Для технического титана ВТ1, с суммарным содержанием примесей 0,8 %, предел прочности составляет 650 МПа, а относительное удлинение – 20 %.

При температуре 882^oС титан претерпевает полиморфное превращение, α–титан с гексагональной решеткой переходит в β – титан с объемно-центрированной кубической решеткой. Наличие полиморфизма у титана создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термической обработки.

Титан имеет низкую теплопроводность. При нормальной температуре обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, в воде, в органических и неорганических кислотах (не стоек в плавиковой, крепких серной и азотной кислотах), благодаря тому, что на воздухе быстро покрывается защитной пленкой плотных оксидов. При нагреве выше 500^oС становится очень активным элементом. Он либо растворяет почти все соприкасающиеся и ним вещества, либо образует с ними химические соединения.

Титановые сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими:

· сочетание высокой прочности (σ_Е = 800..1000 МПа) с хорошей пластичностью (δ = 12..25%);

· малая плотность, обеспечивающая высокую удельную прочность;

· хорошая жаропрочность, до 600…700^oС;

· высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.

В результате легирования титановых сплавов можно получить нужный комплекс свойств. Легирующие элементы, входящие в состав промышленных титановых сплавов, образуют с титаном твердые растворы замещения и изменяют температуру аллотропического превращения.