Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Тита́нові спла́ви (англ. titanium alloys) — сплави на основі титану з добавками алюмінію, олова, мангану, молібдену, заліза, хрому, ванадію, кобальту, міді, вольфраму та інших елементів. Відзначаються високою механічною міцністю, жароміцністю, значною корозійною стійкістю в агресивних середовищах, багато які з них — доброю зварністю.
Хімічний склад
Легувальні елементи утворюють з титаном тверді розчини заміщення або інтерметаліди типу TixMey, а домішки (гідроген, азот, карбон, оксиген) — тверді розчини проникнення або хімічні сполуки (гідриди, нітриди, карбіди й оксиди).
Найістотніше підвищують міцність (з одночасним зниженням пластичності) титанових сплавів Fe, Mn, Cr і Mo. Як мікродобавки застосовуються Pd (до 0,2%) для підвищення корозійної стійкості і В (до 0,01%) для подрібнення зерна.
Легувальні добавки мають різну розчинність в алотропічних модифікаціях α- і β-Ti і змінюють температуру α/β -перетворення. Алюміній, а також оксиген і азот, що переважно розчиняються в α-Ti, підвищують цю температуру по мірі збільшення їх концентрації, що веде до розширення області існування α-модифікації. Такі елементи називаються α-стабілізаторами. Карбон, азот і оксиген роблять титанові сплави крихкими, тому їхній масовий вміст обмежують сотими і тисячними частками відсотка.
Sn і Zr добре розчиняються в обох алотропічних модифікаціях титану і дуже мало впливають на температуру α/β-перетворення; вони належать до так званих нейтральних зміцнювачів. Елементи цієї групи поділяють на β-ізоморфні (ванадій, молібден, ніобій, тантал) і β-евтектоїдні стабілізатори (хром, марганець, залізо, мідь, нікель, кобальт). β-ізоморфні стабілізатори, як і β-титан, мають об'ємоцентровану кубічну ґратку і здатні необмежено розчинятися у ньому. Коли концентрація ізоморфних стабілізаторів висока, β-твердий розчин у рівноважному стані зберігається аж до кімнатної температури
Всі інші добавки до промислових титанових сплавів переважно розчиняються в β-Ti, є β-евтектоїдними стабілізаторами й знижують температуру поліморфного перетворення титану. Їх розчинність в α і β-модифікаціях титану змінюється з температурою, що дозволяє зміцнювати сплави, які містять ці елементи, шляхом гартування та старіння. У сплавах титану з β-евтектоїдними стабілізаторами на лінії евтектоїдного перетворення при достатньо низькій температурі відбувається евтектоїдний розпад β-фази:
де γ — проміжна фаза TixMey.
Утворення евтектоїду (α+γ) істотно збільшує крихкість, що обмежує промислове використання сплавів з такою структурою. У рівноважному стані титанові сплави, леговані β-стабілізаторами, за кімнатної температурі можуть мати однофазну структуру α-твердого розчину низької концентрації, двофазну (α+β)-структуру при збільшенні концентрації β-стабілізаторів і однофазну β-структуру при високій концентрації β-ізоморфних стабілізаторів. У промисловості найчастіше застосовують сплави зі структурами α й (α+β).
Через поліморфізм титану і його здатність утворювати тверді розчини й хімічні сполуки з багатьма хімічними елементами діаграми стану титанових сплавів мають велику різноманітність. Проте в промислових титанових сплавах концентрація легувальних елементів, зазвичай, не виходить за межі твердих розчинів на основі α-Ti та β-Ti і металідні фази зазвичай не спостерігаються.
В нелегованому титані, а також в сплавах титану з α-стабілізаторами і нейтральними зміцнювачами неможливо зафіксувати високотемпературну β-модифікацію шляхом гартування через наявність мартенситного перетворення, в результаті якого утворюється вторинна α-фаза голчастої форми. У сплавах же з β -стабілізаторами можна, залежно від концентрації, зафіксувати будь-яку кількість β-фази аж до 100%. На суцільну β -структуру можуть гартуватися подвійні сплави, що містять не менше 4% Fe, 7% Mn, 7% Cr, 10% Мо, 14% V, 35% Nb, 50% Ta. Вказані концентрації називаються критичними. У загартованих сплавах докритичного і критичного складів (β-фаза є нестабільною і при подальшій низькотемпературній обробці (старінні) розпадається з утворенням дисперсних виділень вторинної α-фази, що дає ефект зміцнення. У сплавах закритичного складу (наприклад, Ti — 30% Мо) утворюється стабільна β-фаза й ефекту зміцнення не спостерігається.
Класифікація сплавів
За механічними характеристиками титанові сплави поділяють на маломіцні (високопластичні), середньої міцності та високоміцні а за фізико-хімічними властивостями на жароміцні і корозієстійкі. За технологічною ознакою титанові сплави поділяють на деформівні, ливарні, та порошкові.
За рівноважною структурою (після відпалювання) титанові сплави поділяють на три основні групи: α -сплави, (α+β)-сплави (двофазні) та β-сплави. Сплави першої групи (α-сплави) малопластичні, а третьої групи (β-сплави) найпластичніші, але мають меншу міцність. Найкращий комплекс механічних і технологічних властивостей мають двофазні (α+β)-сплави. Вони є міцнішими, ніж однофазні, добре куються і штампуються, піддаються термічній обробці. Тому, як конструкційний матеріал, переважно застосовуються двофазні (α+β)-сплави.
Маркуються титанові сплави літерами ВТ і числом (порядковий номер), наприклад ВТ5, ВТ15, ВТ20 тощо
Титанові деформівні сплави
Більшість титанових сплавів конструкційного призначення легують алюмінієм, який підвищує їх жорсткість, міцність, жароміцність і жаротривкість, а також знижує густину. Механічні властивості титанових сплавів поліпшують термомеханічним обробленням.
α-титанові сплави (ВТ1-00,BT1-1, BT5, BT5-1) термічною обробкою не зміцнюються. Їх зміцнення досягається легуванням твердого розчину і пластичним деформуванням. До цієї групи належить сплав ВТ5-1, який має добру зварність, жароміцність, кислотостійкість, пластичність при низьких температурах, термічну стабільність за температур до 450 °C. До складу цього сплаву входять ~5%Al і ~2,5%Sn. Олово додають у сплав для поліпшення його технологічних і механічних властивостей. Механічні властивості даного сплаву: σв=800…1000 МПа, δ=10…15%. Зі сплаву ВТ5-1 виготовляють листи, поковки, труби, дріт, профілі.
Псевдо-α-сплави (ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4-2, ВТ18, ВТ20) можуть загартовуватись з утворенням титанового мартенситу, як твердого розчину легувальних елементів в α-титані. Мартенсит у псевдо-α-сплавах має невеликий ступінь пересичення. Зміцнення сплаву при цьому є незначним.
(α+β)-сплави (мартенситного класу: ВТ6, ВТ3-1, ВТ8, ВТ9, ВТ14, ВТ16, ВТ23, ВТ 33, перехідного класу: ВТ22, ВТ30) зміцнюються термічною обробкою, що складається із гартування і старіння. Їх зварюваність гірша, ніж α-сплавів. Типовим представником цієї групи є сплав ВТ6, який характеризується оптимальним поєднанням технологічних і механічних властивостей. Хімічний склад сплаву ВТ6: ~6%Al, ~4%V, решта Ті, механічні властивості: σв=1100…1250 МПа, δ =6%.
До двофазних сплавів належить жароміцний сплав ВТ8, який призначений для довготривалої роботи за температур 450…500 °C під навантаженням. Хімічний склад сплаву ВТ8: ~6,4%Al, ~3,1%Mg, ~3%Si, механічні властивості: σв=1000…1250 МПа, δ=9…11%.
β-сплави за усіх температур мають структуру β-фази. Термічним обробленням не зміцнюються.
Псевдо-β-титанові сплави (ВТ15, ВТ32) характеризуються високим вмістом β-стабілізаторів, високою пластичністю у загартованому стані та високою міцністю після старіння. При загартуванні псевдо β-сплавів фіксується метастабільна β′-фаза. При старінні з β′ виділяється дрібнодисперсна α-фаза, яка суттєво підвищує міцність і твердість сплаву. До цієї групи належить сплав ВТ15, який має високу пластичність (δ=20%) і відносно невисоку міцність (σв=900 МПа) у загартованому стані. Однак після старіння при 450 С його міцність підвищується до σв=1500 МПа при пластичності δ=6%. Сплав ВТ15 поставляється у вигляді прутків, поковок, листів, штаб. Хімічний склад сплаву ВТ15: ~3%Al, ~8%Mo, ~11%Cr.
Ливарні титанові сплави
Ливарні сплави у порівнянні зі сплавами, що деформуються, мають нижчу міцність, пластичність і витривалість, але є дешевшими. Їх склад аналогічний складу сплавів, що деформуються, тільки наприкінці марки ливарних сплавів ставлять літеру Л, наприклад, ВТ5Л, ВТ14Л.
Порошкові сплави титану
Порошкові сплави отримують методом порошкової металургії, що забезпечує зниження їх вартості приблизно на 50% і підвищення продуктивності виготовлення виробів у два рази.
Застосування
Титанові сплави застосовують як конструкційний матеріал в авіаційній (обшивка літаків, диски й лопаті компресорів тощо) і ракетно-космічній техніці (корпуси двигунів, балони для стиснутих і скраплених газів, сопла тощо), в хімічній і нафтовій промисловості (клапани, вентилі для середовищ хлору та його розчинів, теплообмінники, що працюють в азотній кислоті), суднобудуванні (гребні гвинти, обшивки морських суден, підводних човнів, торпед), холодильній (кріогенній) техніці тощо.
Див. також
Примітки
- Титан існує у двох алотропічних модифікаціях. Нижче від 882ºС існує α-титан, із гранецентрованою щільно упакованою кристалічною ґраткою. При вищих температурах аж до температури плавлення (1665 °C) Ti існує у модифікації β з об'ємоцентрованою ґраткою.
- ГОСТ 19807-91
- ГОСТ 22176-76
Джерела
| Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Титанові сплави |
- ГОСТ 19807-91 Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки.
- ГОСТ 22176-76 Листы из титана и титановых сплавов. Технические условия.
- Колачев Б. А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: МИСИС, 2005. — 432 с.
- Захаров А. М. Промышленные сплавы цветных металлов. Фазовый состав и структурные составляющие / А. М. Захаров. — М.: Металлургия, 1980. — 256 с.
- Компан Я. Ю. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов. — К.: Наукова думка, 1978. — 120 с.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Tita novi spla vi angl titanium alloys splavi na osnovi titanu z dobavkami alyuminiyu olova manganu molibdenu zaliza hromu vanadiyu kobaltu midi volframu ta inshih elementiv Vidznachayutsya visokoyu mehanichnoyu micnistyu zharomicnistyu znachnoyu korozijnoyu stijkistyu v agresivnih seredovishah bagato yaki z nih dobroyu zvarnistyu Demonstracijnij zrazok fragmenta monokolesa ventilyatora turbini vigotovlenogo z titanovogo splavu Rumunskij NDI gazovih turbin Himichnij skladLeguvalni elementi utvoryuyut z titanom tverdi rozchini zamishennya abo intermetalidi tipu TixMey a domishki gidrogen azot karbon oksigen tverdi rozchini proniknennya abo himichni spoluki gidridi nitridi karbidi j oksidi Najistotnishe pidvishuyut micnist z odnochasnim znizhennyam plastichnosti titanovih splaviv Fe Mn Cr i Mo Yak mikrodobavki zastosovuyutsya Pd do 0 2 dlya pidvishennya korozijnoyi stijkosti i V do 0 01 dlya podribnennya zerna Leguvalni dobavki mayut riznu rozchinnist v alotropichnih modifikaciyah a i b Ti i zminyuyut temperaturu a b peretvorennya Alyuminij a takozh oksigen i azot sho perevazhno rozchinyayutsya v a Ti pidvishuyut cyu temperaturu po miri zbilshennya yih koncentraciyi sho vede do rozshirennya oblasti isnuvannya a modifikaciyi Taki elementi nazivayutsya a stabilizatorami Karbon azot i oksigen roblyat titanovi splavi krihkimi tomu yihnij masovij vmist obmezhuyut sotimi i tisyachnimi chastkami vidsotka Sn i Zr dobre rozchinyayutsya v oboh alotropichnih modifikaciyah titanu i duzhe malo vplivayut na temperaturu a b peretvorennya voni nalezhat do tak zvanih nejtralnih zmicnyuvachiv Elementi ciyeyi grupi podilyayut na b izomorfni vanadij molibden niobij tantal i b evtektoyidni stabilizatori hrom marganec zalizo mid nikel kobalt b izomorfni stabilizatori yak i b titan mayut ob yemocentrovanu kubichnu gratku i zdatni neobmezheno rozchinyatisya u nomu Koli koncentraciya izomorfnih stabilizatoriv visoka b tverdij rozchin u rivnovazhnomu stani zberigayetsya azh do kimnatnoyi temperaturi Vsi inshi dobavki do promislovih titanovih splaviv perevazhno rozchinyayutsya v b Ti ye b evtektoyidnimi stabilizatorami j znizhuyut temperaturu polimorfnogo peretvorennya titanu Yih rozchinnist v a i b modifikaciyah titanu zminyuyetsya z temperaturoyu sho dozvolyaye zmicnyuvati splavi yaki mistyat ci elementi shlyahom gartuvannya ta starinnya U splavah titanu z b evtektoyidnimi stabilizatorami na liniyi evtektoyidnogo peretvorennya pri dostatno nizkij temperaturi vidbuvayetsya evtektoyidnij rozpad b fazi b a g displaystyle beta alpha gamma de g promizhna faza TixMey Utvorennya evtektoyidu a g istotno zbilshuye krihkist sho obmezhuye promislove vikoristannya splaviv z takoyu strukturoyu U rivnovazhnomu stani titanovi splavi legovani b stabilizatorami za kimnatnoyi temperaturi mozhut mati odnofaznu strukturu a tverdogo rozchinu nizkoyi koncentraciyi dvofaznu a b strukturu pri zbilshenni koncentraciyi b stabilizatoriv i odnofaznu b strukturu pri visokij koncentraciyi b izomorfnih stabilizatoriv U promislovosti najchastishe zastosovuyut splavi zi strukturami a j a b Cherez polimorfizm titanu i jogo zdatnist utvoryuvati tverdi rozchini j himichni spoluki z bagatma himichnimi elementami diagrami stanu titanovih splaviv mayut veliku riznomanitnist Prote v promislovih titanovih splavah koncentraciya leguvalnih elementiv zazvichaj ne vihodit za mezhi tverdih rozchiniv na osnovi a Ti ta b Ti i metalidni fazi zazvichaj ne sposterigayutsya V nelegovanomu titani a takozh v splavah titanu z a stabilizatorami i nejtralnimi zmicnyuvachami nemozhlivo zafiksuvati visokotemperaturnu b modifikaciyu shlyahom gartuvannya cherez nayavnist martensitnogo peretvorennya v rezultati yakogo utvoryuyetsya vtorinna a faza golchastoyi formi U splavah zhe z b stabilizatorami mozhna zalezhno vid koncentraciyi zafiksuvati bud yaku kilkist b fazi azh do 100 Na sucilnu b strukturu mozhut gartuvatisya podvijni splavi sho mistyat ne menshe 4 Fe 7 Mn 7 Cr 10 Mo 14 V 35 Nb 50 Ta Vkazani koncentraciyi nazivayutsya kritichnimi U zagartovanih splavah dokritichnogo i kritichnogo skladiv b faza ye nestabilnoyu i pri podalshij nizkotemperaturnij obrobci starinni rozpadayetsya z utvorennyam dispersnih vidilen vtorinnoyi a fazi sho daye efekt zmicnennya U splavah zakritichnogo skladu napriklad Ti 30 Mo utvoryuyetsya stabilna b faza j efektu zmicnennya ne sposterigayetsya Klasifikaciya splavivZa mehanichnimi harakteristikami titanovi splavi podilyayut na malomicni visokoplastichni serednoyi micnosti ta visokomicni a za fiziko himichnimi vlastivostyami na zharomicni i koroziyestijki Za tehnologichnoyu oznakoyu titanovi splavi podilyayut na deformivni livarni ta poroshkovi Za rivnovazhnoyu strukturoyu pislya vidpalyuvannya titanovi splavi podilyayut na tri osnovni grupi a splavi a b splavi dvofazni ta b splavi Splavi pershoyi grupi a splavi maloplastichni a tretoyi grupi b splavi najplastichnishi ale mayut menshu micnist Najkrashij kompleks mehanichnih i tehnologichnih vlastivostej mayut dvofazni a b splavi Voni ye micnishimi nizh odnofazni dobre kuyutsya i shtampuyutsya piddayutsya termichnij obrobci Tomu yak konstrukcijnij material perevazhno zastosovuyutsya dvofazni a b splavi Markuyutsya titanovi splavi literami VT i chislom poryadkovij nomer napriklad VT5 VT15 VT20 tosho Titanovi deformivni splavi Bilshist titanovih splaviv konstrukcijnogo priznachennya leguyut alyuminiyem yakij pidvishuye yih zhorstkist micnist zharomicnist i zharotrivkist a takozh znizhuye gustinu Mehanichni vlastivosti titanovih splaviv polipshuyut termomehanichnim obroblennyam a titanovi splavi VT1 00 BT1 1 BT5 BT5 1 termichnoyu obrobkoyu ne zmicnyuyutsya Yih zmicnennya dosyagayetsya leguvannyam tverdogo rozchinu i plastichnim deformuvannyam Do ciyeyi grupi nalezhit splav VT5 1 yakij maye dobru zvarnist zharomicnist kislotostijkist plastichnist pri nizkih temperaturah termichnu stabilnist za temperatur do 450 C Do skladu cogo splavu vhodyat 5 Al i 2 5 Sn Olovo dodayut u splav dlya polipshennya jogo tehnologichnih i mehanichnih vlastivostej Mehanichni vlastivosti danogo splavu sv 800 1000 MPa d 10 15 Zi splavu VT5 1 vigotovlyayut listi pokovki trubi drit profili Psevdo a splavi OT4 0 OT4 1 OT4 2 VT18 VT20 mozhut zagartovuvatis z utvorennyam titanovogo martensitu yak tverdogo rozchinu leguvalnih elementiv v a titani Martensit u psevdo a splavah maye nevelikij stupin peresichennya Zmicnennya splavu pri comu ye neznachnim a b splavi martensitnogo klasu VT6 VT3 1 VT8 VT9 VT14 VT16 VT23 VT 33 perehidnogo klasu VT22 VT30 zmicnyuyutsya termichnoyu obrobkoyu sho skladayetsya iz gartuvannya i starinnya Yih zvaryuvanist girsha nizh a splaviv Tipovim predstavnikom ciyeyi grupi ye splav VT6 yakij harakterizuyetsya optimalnim poyednannyam tehnologichnih i mehanichnih vlastivostej Himichnij sklad splavu VT6 6 Al 4 V reshta Ti mehanichni vlastivosti sv 1100 1250 MPa d 6 Do dvofaznih splaviv nalezhit zharomicnij splav VT8 yakij priznachenij dlya dovgotrivaloyi roboti za temperatur 450 500 C pid navantazhennyam Himichnij sklad splavu VT8 6 4 Al 3 1 Mg 3 Si mehanichni vlastivosti sv 1000 1250 MPa d 9 11 b splavi za usih temperatur mayut strukturu b fazi Termichnim obroblennyam ne zmicnyuyutsya Psevdo b titanovi splavi VT15 VT32 harakterizuyutsya visokim vmistom b stabilizatoriv visokoyu plastichnistyu u zagartovanomu stani ta visokoyu micnistyu pislya starinnya Pri zagartuvanni psevdo b splaviv fiksuyetsya metastabilna b faza Pri starinni z b vidilyayetsya dribnodispersna a faza yaka suttyevo pidvishuye micnist i tverdist splavu Do ciyeyi grupi nalezhit splav VT15 yakij maye visoku plastichnist d 20 i vidnosno nevisoku micnist sv 900 MPa u zagartovanomu stani Odnak pislya starinnya pri 450 S jogo micnist pidvishuyetsya do sv 1500 MPa pri plastichnosti d 6 Splav VT15 postavlyayetsya u viglyadi prutkiv pokovok listiv shtab Himichnij sklad splavu VT15 3 Al 8 Mo 11 Cr Livarni titanovi splavi Livarni splavi u porivnyanni zi splavami sho deformuyutsya mayut nizhchu micnist plastichnist i vitrivalist ale ye deshevshimi Yih sklad analogichnij skladu splaviv sho deformuyutsya tilki naprikinci marki livarnih splaviv stavlyat literu L napriklad VT5L VT14L Poroshkovi splavi titanu Poroshkovi splavi otrimuyut metodom poroshkovoyi metalurgiyi sho zabezpechuye znizhennya yih vartosti priblizno na 50 i pidvishennya produktivnosti vigotovlennya virobiv u dva razi ZastosuvannyaTitanovi splavi zastosovuyut yak konstrukcijnij material v aviacijnij obshivka litakiv diski j lopati kompresoriv tosho i raketno kosmichnij tehnici korpusi dviguniv baloni dlya stisnutih i skraplenih gaziv sopla tosho v himichnij i naftovij promislovosti klapani ventili dlya seredovish hloru ta jogo rozchiniv teploobminniki sho pracyuyut v azotnij kisloti sudnobuduvanni grebni gvinti obshivki morskih suden pidvodnih chovniv torped holodilnij kriogennij tehnici tosho Div takozhAlyuminiyevi splaviPrimitkiTitan isnuye u dvoh alotropichnih modifikaciyah Nizhche vid 882ºS isnuye a titan iz granecentrovanoyu shilno upakovanoyu kristalichnoyu gratkoyu Pri vishih temperaturah azh do temperaturi plavlennya 1665 C Ti isnuye u modifikaciyi b z ob yemocentrovanoyu gratkoyu GOST 19807 91 GOST 22176 76DzherelaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Titanovi splaviGOST 19807 91 Titan i splavy titanovye deformiruemye Marki GOST 22176 76 Listy iz titana i titanovyh splavov Tehnicheskie usloviya Kolachev B A Elagin V I Livanov V A Metallovedenie i termicheskaya obrabotka cvetnyh metallov i splavov M MISIS 2005 432 s Zaharov A M Promyshlennye splavy cvetnyh metallov Fazovyj sostav i strukturnye sostavlyayushie A M Zaharov M Metallurgiya 1980 256 s Kompan Ya Yu Metallurgiya i tehnologiya svarki titana i ego splavov K Naukova dumka 1978 120 s