Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Материаловедение в машиностроении

Титан и сплавы на его основе

Титан элемент IV группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, порядковый номер – 22. Титан – металл серебристо-белого цвета. Температура плавления – 1670 °С. Этот металл имеет две полиморфные модификации. Низкотемпературная модификация – Τiα, решетка ГПУ, существует до 882 °С. Высокотемпературная модификация – Tiβ, решетка ОЦК. Плотность α-титана составляет 4,5 г/см3, а плотность β-титана – 4,3 г/см3 при 900 °С.

Промышленные марки технического титана – ВТ1-00 (99,53% Ti) и ВТ1-0 (99,48% Ti). Особенности титана – малая плотность, высокая удельная прочность и хорошая коррозионная стойкость. Однако титан имеет низкий модуль упругости (почти в 2 раза меньший, чем у железа), что не позволяет изготавливать из него жесткие конструкции. К недостаткам титана относятся также низкие антифрикционные свойства и плохая обрабатываемость резанием (см. 11.5.3).

Технический титан широко применяется в химической промышленности для изделий, работающих в агрессивных средах.

Сплавы на основе титана

Основными преимуществами титановых сплавов являются: небольшая плотность (~ 4,5 г/см3), высокая стойкость против коррозии и высокие прочностные свойства; они не склонны к хладноломкости и сохраняют механические свойства даже при очень низких температурах. Для некоторых сплавов титана характерны, кроме того, хорошие жаропрочные свойства (но они ниже, чем у жаропрочных сталей).

Титановые сплавы превосходят медные сплавы по стойкости против коррозии в морской воде, а также в других агрессивных средах. Недостатки титановых сплавов те же, что у чистого титана, – плохая обрабатываемость резанием, высокий коэффициент трения, сравнительно невысокий модуль упругости.

Легирующие компоненты по их влиянию на структуру сплавов подразделяют на α-стабилизаторы (Al, Sn) и β-стабилизаторы (Mo, V, Mn, Сг и др.). Первые расширяют область существования α-фазы, повышая температуру полиморфного α → β превращения, действие вторых противоположно.

Различия структурных классов титановых сплавов в зависимости от легирующих компонентов и их количества представлены в табл. 8.2.

Сплавы с a-структурой (основной легирующий компонент – алюминий) обладают относительно невысокой прочностью при 20 °С, но более высокой при низких и повышенных температурах (400...500 °С). Эти сплавы не упрочняются термической обработкой. Пластичность таких сплавов пониженная, обработка давлением выполняется только в горячем состоянии. Сплавы поставляются в прокате различных профилей, труб, проволоки. Предназначены для работы в широком диапазоне температур – от криогенных до 450 °С (ВТ5) и 500 °С (ВТ5-1).

Псевдо-α-сплавы – их структура состоит в основном из α-фазы и небольшого количества (1...4%) β-фазы вследствие легирования β-стабилизаторами (Μη, V, Мо и др.). Наличие β-фазы повышает технологическую пластичность. Сплавы с невысоким содержанием алюминия ОТ4, ОТ4-1 обрабатываются давлением в холодном состоянии. При большем содержании алюминия необходима горячая деформация. Сплавы этой группы, легированные Zr, Si, Mo, Nb, V (BT20) (см. табл. 8.2), обладают самой высокой жаропрочностью среди титановых сплавов.

Двухфазные (α + β)-сплавы кроме алюминия содержат β-стабилизаторы (хром, молибден, железо и др.), понижающие температуру полиморфного превращения. Эти сплавы упрочняются термической обработкой (закалка + старение), имеют высокие механические свойства (см. табл. 8.2).

β-Сплавы, имеющие структуру твердого раствора легирующих компонентов в β-титане, содержат компоненты, понижающие температуру полиморфного превращения титана. Это вольфрам, хром, железо, молибден и др. Сплавы не нашли применения в промышленности из-за высокой стоимости и низких механических свойств.

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые, литейные и порошковые. В литейных в конце обозначения стоит буква A.

Литейные титановые сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, имеют высокую плотность отливок. Плавку

Таблица 8.2

Состав и свойства титановых сплавов

Сплав

Химический состав,% масс.

Механические свойства

А1

V

Мо

Прочие

σ0, МПа

σ0, МПа

δ, %

KCU, МДж/м2

α-сплавы

ВТ5

4,5...6,2

1,2

0,9

0,3 Zr

700...950

650...850

12

0,4

BT5-I

4,3...6,0

1,0

-

2...3 Sn

700...950

650...850

12

0,45

псевдо-α-сплавы

ОТ4-1

1,5...2,5

-

-

0,7...2 Μη

600...750

470...650

30

0,5

ОТ4

3,5...5,0

-

-

0,8...2 Mo

700...900

550...650

18

0,5

ВТ20

5,5...7,0

0,8...2,5

0,5...2,0

1,5...2,5 Zr

950...1150

950...1150

8

0,45

(α + Р)-сплавы

ВТ6

5,3...6,8

3,5...5,3

1100...1150

1000...1050

15

0,3

ВТ14

3,5...6,3

0,9...1,9

2,5...3,8

0,3 Zr

1150...1140

1080...1300

8

0,5

ВТ16

1,6...3,8

4,0...5,0

4,5...5,5

0,8...1,2 Cr

1250...1450

1100...1200

5

0,5

ВТ22

4,4...5,7

4,0...5,5

4,0...5,5

0,8...1,2 Cr

1100...1250

-

9

0,4

Примечание. Свойства сплавов ВТ6, ВТ14, ВТ22 приведены после закалки и старения; остальных – после отжига.

и заливку сплавов в связи с их высокой химической активностью осуществляют в среде нейтральных газов или в вакууме. Литейные сплавы имеют более низкие механические характеристики, чем деформируемые. Порошковые титановые сплавы пока еще не нашли широкого применения из-за высокой стоимости производства и плохой обрабатываемости.

Сплавы на основе титана широко применяются в авиации, ракетной технике, судостроении, химической и других отраслях промышленности.

Легкоплавкие сплавы. Баббиты

Баббиты – это легкоплавкие подшипниковые сплавы, применяемые для вкладышей подшипников скольжения. Металл вкладыша должен обладать малым коэффициентом трения, достаточной износостойкостью и хорошей прирабатываемостью (см. 2.6). Второе и третье требование противоречат друг другу. Высокая износостойкость обеспечивается высокой твердостью, а прирабатываемость достигается при низкой твердости. Одновременно эти требования удовлетворяются, если в структуре имеются твердая и мягкая фазы. После непродолжительной работы (приработки) происходит износ мягкой фазы – основы, а на поверхность выступают твердые частицы, обеспечивающие износостойкость. При этом между валом и вкладышем образуются пустоты, в которых удерживается смазка.

В качестве баббитов используют сплавы системы "Рb – Sb", "Sn – Sb" и другие, а также сплавы на основе цинка, легированные алюминием и медью.

В сплавах системы "Pb – Sb" (см. рис. 3.5) роль мягкой фазы играет свинец (его твердость 3 IIВ), а роль твердой – сурьма (30 НВ). Используют заэвтектические сплавы с содержанием Sb в количестве 16...18%. Помимо названных в состав баббитов могут входить и другие легирующие элементы, например медь.

Баббиты (не на цинковой основе) маркируются буквой "Б" и порядковым номером или дополнительной буквой (например, Б6, БН).

Цинковые сплавы обозначаются буквами "ЦАМ" и цифрами, показывающими содержание алюминия и меди. Например, ЦАМ-10-5 (10% А1, 5% Си, основа – Zn).

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы