ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Влияние легирующих элементов на структуру и свойства титановых сплавов.Титан и сплавы на его основе Свойства титана. Титан-металл серого цвета. Он имеет две полиморфные модификации. Низкотемпературная модификация Tiα существующая до 882 °С, характеризуется гексагональной плотноупакованной решеткой с периодами а= 0,296 нм, с = 0,472 нм. Высокотемпературная модификация Tiβ имеет решетку объемно-центрированного куба с периодом а —0,332 нм (при 900 °С).Полиморфное превращение (882 °С) при медленном охлаждении происходит по нормальному механизму с образованием полиэдрической структуры, а при быстром охлаждении-по мартенситному механизму с образованием игольчатой структуры. Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хлорировании титановой руды с последующим ее восстановлением из четыреххлористого титана металлическим магнием. Полученную при этом титановую губку (ГОСТ 17746-79) маркируют по твердости специально, выплавленных из нее образцов (ТГ-100, ТГ-110 и т. д.). Для получения монолитного титана губка размалывается в порошок, прессуется и спекается или переплавляется в дуговых печах в вакууме или атмосфере инертных газов. Для уменьшения количества примесей и более равномерного их распределения по сечению слитка рекомендуется его двух-трех- разовая переплавка. Характерную для титановых слитков крупнозернистую структуру измельчают путем модифицирования цирконием или бором. Полученный в результате переплава технический титан (ГОСТ 19807-74) маркируют в зависимости от содержания примесей ВТ 1—00 (Σ примесей < < 0,398 %), ВТ 1-0 (Σ примесей <0,55%). Чистейший иодидный титан получают методом термической диссоциации из четырех- иодидного титана, а также методом зонной плавки. Отличительными особенностями титана являются хорошие механические свойства, малая плотность, высокая удельная прочность и коррозионная стойкость. Низкий модуль упругости титана, почти в 2 раза меньший, чем у железа и никеля, затрудняет изготовление жестких конструкций. Механические свойства титана характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности.Высокая пластичность иодидного титана по сравнению с другими металлами, имеющими гексагональную кристаллическую решетку (Zn, Cd, Mg), объясняется большим количеством систем скольжения и двойникования благодаря малому соотношению с/а= 1,587. Механические свойства титана сильно зависят от наличия примесей, особенно водорода, кислорода, азота и углерода, которые образуют с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы: гидриды, оксиды, нитриды и карбиды. Небольшое количество кислорода, азота и углерода повышает твердость, временное сопротивление и предел текучести, однако при этом значительно уменьшается пластичность, снижается коррозионная стойкость, ухудшаются свариваемость, способность к пайке и штампуемость. Поэтому содержание этих примесей в титане ограничено сотыми, а иногда тысячными долями процента. Аналогичным образом, но в меньшей степени, оказывают влияние на свойстватитана железо и кремний. Очень вредная примесь в титане - водород. Присутствуя в весьма незначительном количестве, водород выделяется в виде тонких хрупких пластин гидридной фазы на границах зерен, что значительно охрупчивает титан. Водородная хрупкость наиболее опасна в сварных конструкциях из-за наличия в них внутренних напряжений. Допустимое содержание водорода в техническом титане находится в пределах 0,008-0,012%. При повышении температуры до 250 °С предел прочности снижается почти в 2 раза. Титан обладает склонностью к ползучести даже при температуре 20-25 °С. Предел ползучести титана составляет ~ 60% от предела текучести. Примеси кислорода, азота, а также пластическая деформация повышают сопротивление ползучести. Титан обладает высокой прочностью и удельной прочностью не только при температуре 20-25°С, но и в условиях глубокого холода. При температуре жидкого гелия временное сопротивление титана равно 1250 МПа. При этом, если содержание водорода мало (< 0,002 %), титан сохраняет высокую пластичность (относительное удлинение 15-20%). Пластическая деформация значительно повышает прочность титана. При степени деформации 60-70% прочность увеличивается почти в 2 раза. Для снятия наклепа проводят рекристаллизационный отжиг при температуре 650-750 °С. При повышении температуры титан активно поглощает газы: начиная с 50-70°С-водород, свыше 400-500 °С-кислород и с 600-700 °С - азот, окись углерода и углекислый газ. Высокая химическая активность расплавленного титана требует применения при плавке и дуговой сварке вакуума или атмосферы инертных газов. Вместе с тем благодаря способности к газопоглощению при повышении температуры титан нашел применение в радио- и электронной промышленности в качестве геттерного материала. Геттеры предназначены для повышения вакуума электронных ламп. Технический титан хорошо обрабатывается давлением. Из него изготовляют все виды прессованного и катаного полуфабриката: листы, трубы, проволоку, поковки. Титан хорошо сваривается аргонодуговой и точечной сваркой. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Прочность шва составляет 90% прочности основного металла. Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, в результате чего тот быстро изнашивается. Для обработки титана требуются инструменты из быстрорежущей стали и твердых сплавов, малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение. К недостатку титана относятся также низкие антифрикционные свойства. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства титановых сплавов. Легирующие элементы по характеру влияния на полиморфные превращениятитана подразделяют на три группы: α- стабилизаторы, β-стабилизаторы и нейтральные элементы. Практическое значение для легирования титана имеет только алюминий, так как кислород и азот сильно охрупчивают титановые сплавы. Алюминий — широко распространенный, доступный и дешевый металл. Введение его в титановые сплавы уменьшает их плотность и склонность к водородной хрупкости, повышает модуль упругости, прочность при 20-25 °С (рис. 13.5) и высоких температурах. По диаграмме состояния титана с алюминием образуют два твердых раствора: α-твердый раствор алюминия в Tiα, концентрация которого изменяется от 7,5% при 20 °С до 11,6% при перитектоидной температуре, и β-твердый раствор алюминия в Tiβ с предельной растворимостью 30%. При содержании алюминия более 7.5% в структуре сплавов наряду с α-твердым раствором появляется фаза α2 (Ti3Al); она имеет гексагональную решетку с упорядоченным расположением атомов и сильно охрупчивает сплавы. Добавка к сплавам титана с алюминием таких β-стабилизаторов, как V, Мо, Nb, Мп, уменьшает склонность к образованию упорядоченной структуры (сверхструктуры). В этом случае α2 -фаза образуется при большем содержании алюминия. Кроме того, в структуре появляется β-фаза, которая заметно улучшает технологическую пластичность сплавов. Поскольку α-стабилизаторы значительно повышают температуру полиморфного превращения титана, α↔βпревращение в сплавах с устойчивой α-структурой происходит при высоких температурах, когда реализуется нормальный механизм полиморфного превращения. Переохладить β-фазу до низких температур, при которых возможно мартенситное превращение, в этих сплавах не удается даже при очень больших скоростях охлаждения, поэтому сплавы с устойчивой α-структурой нельзя упрочнять термической обработкой. Снижая температуру полиморфного превращения титана, β-стабилизаторы расширяют область твердых растворов на основе Tiβ. Они образуют с титаном диаграммы состояния двух типов. Некоторые из изоморфных β-стабилизаторов, имеющих, как и Tiβ, кристаллическую решетку объемно-центрированного куба, Мо, V, Та, Nb неограниченно растворяются в Tiβ. Другие β-стабилизаторы, например, Cr, Мn, Fe, Ni, W, Сu, образуют с титаном диаграммы состояния с эвтектоидным распадом β-фазы, в результате которого появляется смесь α- и γ-фаз; γ-промежуточная фаза переменного или постоянного состава, образованная титаном и легирующим элементом, например фаза Лавеса TiCr2 в системе Ti-Cr. Эвтектоидный распад вызывает резкое повышение хрупкости титановых сплавов. В некоторых системах (Ti-Cu, Ti-Ag и др.) превращение происходит очень быстро, и переохладить β-фазу до температуры 20-25 °С нельзя даже при высоких скоростях охлаждения. В других системах (Ti-Mn, Ti-Сг, Ti-Fe) эвтектоидное превращение происходит только в условиях охлаждения, близких к равновесным. В них эвтектоидного распада практически не наблюдается, а α↔β превращение идет так же, как в сплавах с диаграммами состояния первого типа. В этих сплавах β-фаза легко переохлаждается. В зависимости от степени легированностиβ-фаза или превращается при низких температурах по мартенситному механизму, или фиксируется при температуре 20-25 °С без превращения. Способность β-фазы к переохлаждению лежит в основе упрочняющей термической обработки титановых сплавов. Согласно приведенным диаграммам состояния титановые сплавы, легированные β-стабилизаторами, могут иметь однофазную структуру α-твердого раствора малой концентрации, двухфазную (α +β)-структуру при большем содержании легирующих элементов и однофазную структуру β-твердого раствора в случае легирования сплавов большим количеством таких изоморфных β-стабилизаторов, как V, Мо, Та, Nb. Большинство легирующих элементов, являющихся β-стабилизаторами, повышают прочность, жаропрочность и термическую стабильность титановых сплавов, несколько снижая их пластичность. Кроме того, они способствуют упрочнению сплавов с помощью термической обработки. Наиболее благоприятное влияние на свойства титановых сплавов оказывают Мо, V, Сг, Mn. Нейтральные элементы Sn, Zr, Hf, Th мало влияют на температуру полиморфного превращения. Легирование титановых сплавов нейтральными элементами не меняет их фазового состава. Нейтральные элементы влияют на свойства титановых сплавов благодаря изменению свойств α- и β-фаз, в которых они растворяются. Наибольшее практическое значение имеют олово и цирконий. Олово повышает прочность титановых сплавов при 20-25 °С и высоких температурах без заметного снижения пластичности, цирконий увеличивает предел ползучести.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|