Основные свойства титана

Титан широко распространен в земной коре, где его содержание составляет около 0,6 %, а по распространенности он занимает четвертое место после алюминия, железа и магния. Однако промышленный способ извлечения этого металла был разработан лишь в 40-х годах XX века. Производство титана и его сплавов интенсивно развивалось. Это объясняется сочетанием таких ценных свойств титана, как малая плотность, высокая удельная прочность (σ_в/γ),коррозионная стойкость, технологичность при обработке давлением и свариваемость, хладостойкость, высокая стойкость против солнечной радиации, немагнитность и ряд других ценных физико-механических характеристик.

Титан — металл серебристо-белого цвета, имеющий малую плотность (4,5 г/см³).Температура плавления титана 1668 ± 4 °Св зависимости от степени его чистоты.

Титан имеет две полиморфные модификации: низкотемпературную α-титана с гексагональной плотноупакованной решеткой и высокотемпературную модификацию β-титана с кубической объемно-центрированной решеткой. Температура полиморфного (α↔β)-превращения составляет 882 °С.

Механические свойства титана существенно зависят от чистоты металла. Различают примеси внедрения - кислород, азот, углерод, водород - и примеси замещения, к которым относятся железо и кремний. Хотя примеси повышают прочность, но одновременно резко снижают пластичность, причем наиболее сильное отрицательное действие оказывают примеси внедрения, особенно газы. При введении всего лишь 0,03 %Н, 0,2 %N или 0,7 %О титан полностью теряет способность к пластическому деформированию и хрупко разрушается.

Технически чистый титан марки ВТ1-1 по прочности и пластичности не уступает ряду хромистых и хромоникелевых коррозионностойких сталей: σ_в =450-600 МПа; σ_0,2 = 380-500 МПа; δ ≥ 25 %; ψ≥ 50 %.При понижении температуры от комнатной до криогенных прочностные свойства растут при сохранении высокого уровня пластичности (табл. 3).

По удельной прочности в интервале температур 300-600 °С сплавы титана не имеют себе равных; при температуре ниже 300 °С они уступают алюминиевым сплавам, а выше 600 °С — сплавам на основе железа и никеля.

Таблица 3 Механические свойства титана ВТ1-1 при криогенных температурах

Хотя титан относится к числу химически активных металлов, он обладает высокой коррозионной стойкостью, так как на его поверхности образуется стойкая пассивная пленка TiO₂, прочно связанная с основным металлом и исключающая его непосредственный контакт с электролитом. Оксидная пленка на титане возникает при окислении на воздухе. Благодаря оксидной пленке титан и его сплавы не корродируют в атмосфере, пресной и морской воде, устойчивы против кавитационной коррозии и коррозии под напряжением, а также в пищевых кислотах органического происхождения.

Производство изделий из титана и его сплавов имеет ряд технологических особенностей. Из-за высокой химической активности расплавленного титана его выплавку, разливку и дуговую сварку производят в вакууме или в атмосфере инертных газов.

Сплавы титана имеют несколько меньшую жаропрочность, чем специ­альные стали. Рабочая температура их использования не более 550-600 ºС. При превышении этой температуры титан и его сплавы легко окисляются и интенсивно поглощают газы (рис. 2).

Рис. 2. Окисление титана при различных температурах

При технологических и эксплуатационных нагревах необходимо принимать меры для защиты титана от газонасыщения. Кроме газов, вредной примесью для титана является углерод, образующий карбиды. Титан пластичен и легко обрабатывается давлением при комнатной и повышенной температурах. Титан и его сплавы хорошо свариваются контактной и дуговой сваркой в защитной атмосфере, обеспечивая высокую прочность и пластичность сварного соединения. Недостатком титана является плохая обрабатываемость резанием.

Основная цель легирования титановых сплавов — повышение прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости. Широкое применение нашли сплавы титана с алюминием, хромом, молибденом, ванадием, марганцем, оловом и другими элементами. Как и в сплавах на основе железа, легирующие элементы оказывают большое влияние на полиморфные превращения титана.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: