2. Сплавы на основе титана

Сплавы на основе титана получили значительно большее применение, чем технический титан. Легирование титана (см. рис. 178) повышает его прочность но одновременно снижает пластичность и вязкость Жаропрочность повышают а коррозионную стойкость в растворах кислот — Титановые сплавы имеют высокую удельную прочность Как и в железных сплавах, легирующие элементы оказывают большое влияние на полиморфные превращения титана.

Такие элементы, как , повышают температуру полиморфного превращения а и расширяют область а-фазы (рис. 179, а); их называют а-стабилизаторами. Такие элементы, как понижают температуру полиморфного превращения а и расширяют область существования Р-фазы; их называют -стабилизаторами. Некоторые Р-стабилиза-торы образуют с титаном интерметаллические соединения. При охлаждении -фаза претерпевает эвтектоидное превращение (рис. 179, б). Такие -стабилизаторы называют эвтектоидообразующими. Эвтектоидное превращение протекает медленно, и после обычных скоростей охлаждения сплав состоит из фаз а не а эвтектоид

Превращение в сплавах происходит в интервале температур. Как правило, все промышленные сплавы титана содержат алюминий.

В соответствии со структурой различают: а-сплавы, имеющие структуру (рис. 180, а) — твердый раствор легирующих элементов в а-титане; основной легирующий

Рис. 179. Диаграммы состояния сплавов на основе титана (схемы): а - элементы, повышающие температуру а -превращения (а-стабилиэаторы); б - элементы, понижающие температуру (-стабилизаторы)

элемент в а-сплавах — алюминий, кроме того, они могут содержать нейтральные элементы и небольшое количество (-ста-билизаторов -сплавы (рис. 180, б), состоящие из а- и -стабилизаторов .

Термическая обработка титановых сплавов. Титановые сплавы в зависимости от их состава и назначения можно подвергать отжигу, закалке, старению и химико-термической обработке. Чаще титановые сплавы подвергают отжигу. Отжиг а-сплавов проводят при сплавов — при Листы и листовые полуфабрикаты отжигаются при более низкой температуре Применяется и изотермический отжиг — нагрев до сплава и далее выдержка при . С повышением количества -стабилизатора температура отжига снижается. Температура отжига а -сплавов не должна превышать температуры превращения (температуры ),

Рис. 180. Микроструктура сплавов титана, с — а-фаза; -фаза

Рис. 181. Структура сплавов титана после закалки из -области в зависимости от количества -стабилизатора

так как в -области происходит сильный рост зерна. Отжиг при температурах, соответствующих -области, мало влияет на но сильно снижает Вязкость разрушения возрастает при повышении температуры обработки в а Р-области при сохранении высоких значений Для обеспечения высокой конструктивной прочности следует применять отжиг при температуре на 20—30°С ниже температуры а -превращения.

В последние годы все шире применяется вакуумный отжиг, который позволяет уменьшить содержание водорода в титановых сплавах, что приводит к существенному повышению вязкости разрушения, уменьшению склонности к замедленному разрушению и коррозионному растрескиванию.

Для снятия внутренних напряжений, возникающих при механической обработке а- и а Р-сплавов, применяют неполный отжиг при 550-650 °С. С увеличением количества Р-стабилиза-тора временное сопротивление и предел текучести отожженных сплавов возрастают; при содержании -фаз они достигают наибольших значений, а Р-сплавы могут быть упрочнены закалкой с последующим старением (отпуском).

При охлаждении со скоростью выше критической (закалка) сплавов, нагретых до области -фазы, протекает мартенситное превращение в интервале температур (рис. 181). Мартен-ситная а-фаза представляет собой пересыщенный твердый раствор замещения легирующих элементов в а-титане с гексагональной решеткой.

При высокой концентрации легирующего элемента возникает мартенситная -фаза с ромбической решеткой и (а-фаза с гексагональной структурой. Появление -фазы вызывает уменьшение твердости и прочности закаленных сплавов и увеличение их пластичности (рис. 182, а). Мартенситная -фаза при легировании титана эвтектоидообразующими Р-стабилизаторами не образуется (рис. 182, б).

При высоком содержании Р-стабилизаторов после закалки структура состоит из или Р-фазы. -фаза охрупчивает сплав. Во избежание сильного роста зерна закалку проводят от температур, соответствующих области -фазы, чаще от 850—950 °С. При закалке из двухфазной области а-фаза Не испытывает фазовых превращений, а -фаза претерпевает

Рис. 182. Механические свойства сплавов титана с молибденом (а) и хромом (б) после закалки с температуры Р-области

те же превращения, что и -фаза того же состава, как и при закалке из -области.

При последующем старении закаленных сплавов при 500— 600 °С происходит распад мартенситных -фаз, а также метастабильной Р-фазы. В процессе старения закаленных сплавов происходит их упрочнение, обусловленное распадом остаточной -фаз. Повышение прочности при распаде а-фазы невелико. Упрочнение связано с образованием дисперсных выделений а-фазы. Наибольшее упрочнение после закалки и старения получают сплавы с высоким содержанием Р-стабилизаторов.

Упрочняющую термическую обработку для крупных деталей из титановых сплавов применяют редко. Это объясняется малой прокаливаемостью титановых сплавов, низким значением вязкости разрушения и короблением деталей.

Титановые сплавы имеют низкое сопротивление износу и при использовании в узлах трения подвергаются химико-термической обработке. Для повышения износостойкости титан азотируют при 850-950 °С в течение 30-60 ч в атмосфере азота.

Толщина диффузионного слоя в сплавах титана после азотирования при 950 °С в течение .

Промышленные сплавы титана. Сплавы титана применяют там, где главную роль играют небольшая плотность, высокая удельная прочность, теплостойкость и хорошая сопротивляемость коррозии. Титановые сплавы применяют в авиации, ракетной технике, в химическом машиностроении и во многих других отраслях народного хозяйства.

Таблица 33 (см. скан) Химический состав (по легирующим элементам) и типичные механические свойства некоторых сплавов титана в отожженном состоянии

В табл. 33 приведены состав и механические свойства наиболее распространенных титановых сплавов, обрабатываемых давлением.

Деформируемый а-сплав хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и сваривается; обладает высокой сопротивляемостью коррозии, но склонен к водородной хрупкости. Дополнительное легирование сплава оловом улучшает технологические и механические свойства сплава.

Сплавы типа хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях, свариваются всеми видами сварки, но склонны к водородной хрупкости.

Наилучшее сочетание свойств достигается в -сплавах.

Сплав обладает хорошими механическими и технологическими свойствами и упрочняется термической обработкой (закалкой

от 900-950 °С и старением при 450-500 °С). После закалки а после старения в течение Отжиг проводится при Для сварных конструкций применяется сплав содержащий меньше алюминия

Сплав рекомендуется применять для изготовления тяжелонагруженных деталей, а также деталей, длительное время работающих при или кратковременно при Сплав упрочняется закалкой от в воде и последующим старением при 480—500 °С 12-16 ч. Полный отжир проводят при а неполный — при

Сплав применяют после изотермического отжига. Сплав обладает высоким сопротивлением ползучести и длительной прочностью, поэтому применяется как жаропрочный (до 450—500 °С). Сплав плохо сваривается и используется главным образом в виде поковок и штамповых заготовок. Для фасонного литья применяют сплавы которые обладают достаточно хорошими литейными и механическими свойствами.

Вопросы для самопроверки

(см. скан)