ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ

ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ сплавы на
основе титана. Лёгкость, высокая прочность в интервале темп-р от
криогенных (-250 °С) до умеренно высоких (300-600 °С) и отличная
коррозионная стойкость обеспечивают Т. с. хорошие перспективы применения
в качестве конструкционных материалов во мн. областях, в частности в авиации
и др. отраслях трансп. машиностроения.

Т. с. получают путём легирования
титана след, элементами (числа в скобках -максимальная для пром. сплавов
концентрация легирующей добавки в % по массе): А1 (8), V
(16), Mo (30), Mn (8), Sn (13), Zr (10), Cr
(10), Cu (3), Fe (5), W (5), Ni (32), Si (0,5);
реже применяется легирование Nb (2) и Та (5). Как микродобавки
применяются Pd (0,2) для повышения коррозионной стойкости и В (0,01)
для
измельчения зерна. Легирующие добавки имеют различную растворимость в а-
и |3-Ti и изменяют темп-ру а/в-превращения. Алюминий, а также кислород
и азот, предпочтительнее растворяющиеся в a-Ti, повышают эту темп-ру по
мере увеличения их концентрации, что ведёт к расширению области существования
a-модификации; такие элементы наз. а-стабилизаторами. Sn и Zr хорошо
растворяются в обеих аллотропич. модификациях титана и очень мало
влияют на темп-ру a/в-превращения; они относятся к т. н. нейтральным
упрочнителям. Все остальные добавки к пром. Т. с. предпочтительнее растворяются
в (3-Ti, являются в-стабилизаторами и снижают температуру полиморфного
превращения титана. Их растворимость в a- и в-модификациях титана
меняется с температурой, что позволяет упрочнять сплавы, содержащие эти
элементы, путём закалки и старения.

В связи с наличием полиморфизма титана
и его способностью образовывать твёрдые растворы и хим. соединения со мн.
элементами диаграммы состояния Т. с. отличаются большим разнообразием.
Однако в пром. Т. с. концентрация легирующих элементов, как правило, не
выходит за пределы твёрдых растворов на основе a-Ti и в-Ti и металлидные
фазы обычно не наблюдаются.

В нелегированном титане, а также
в сплавах титана с а-стабилизаторами и нейтральными упрочнителями нельзя
зафиксировать высокотемпературную в-модификацию путём закалки ввиду наличия
мартенситного
превращения, в результате .к-рого образуется вторичная сс-фаза игольчатой
формы. В сплавах же с в-стабилизаторами можно, в зависимости от концентрации,
зафиксировать любое количество в-фазы вплоть до 100%. На сплошную в-структуру
могут закаливаться двойные сплавы, содержащие не менее 4% Fe, 7% Mn, 7%
Cr, 10% Mo, 14% V, 35% Nb, 50% Та; эти концентрации наз. критическими.
В закалённых сплавах докритического и критического составов в-фаза является
нестабильной и при последующей низкотемпературной обработке (старении)
распадается
с образованием дисперсных выделений вторичной а-фазы, что даёт эффект упрочнения.
В сплавах закритического состава (напр., Ti -30% Mo) образуется
стабильная в-фаза и эффекта упрочнения не наблюдается.

Общепринято деление пром. Т. с. на
3 группы по типу структуры. К сплавам на основе a-структуры относятся сплавы
с Al, Sn и Zr, а также с небольшим количеством в-стабилизаторов (0,5-2%).
Ввиду незначит. количества или даже отсутствия в их структуре 3-фазы они
практически не упрочняются термич. обработкой и поэтому относятся к категории
сплавов средней прочности (оМн/м , или 70-95
кгс/мм²).
Листовая
штамповка этих Т. с. возможна только вгорячую. Достоинства a-сплавов -
отличная свариваемость, высокий предел ползучести и отсутствие необходимости
в термич. обработке, а также отличные литейные свойства, что важно для
фасонного литья. Малолегированные a-сплавы, а также относимый к этой группе
технич. титан, имеющие предел прочности менее 700 Мн/м²
(70
кгс/мм²), поддаются листовой штамповке вхолодную. Двухфазные
а+ в-сплавы - наиболее многочисл. группа пром. Т. с. Эти сплавы отличаются
более высокой технологич. пластичностью, чем a-сп лавы, и вместе с тем
могут быть термически обработаны до очень высокой прочности (o= 1500-1800 Мн/м², или 150-180 кгс/мм²);
они могут обладать высокой жаропрочностью.
К недостаткам двухфазных
сплавов следует отнести несколько худшую свариваемость по сравнению со
сплавами предыдущей группы, т. к. в зоне термич. влияния возможно появление
хрупких участков и образование трещин, для предотвращения чего требуется
спец. термич. обработка после сварки. Сплавы на основе |3-с труктуры имеют
наиболее высокую технологич. пластичность и хорошо поддаются листовой штамповке
вхолодную; после старения приобретают высокую прочность; хорошо свариваются,
но сварные соединения нельзя подвергать упрочняющей термич. обработке из-за
охрупчивания, что ограничивает применение сплавов этого типа. Др. недостатком
в-сплавов является сравнительно невысокая предельная рабочая темп-ра -
примерно 300 °С; при более высоких темп-рах большинство сплавов этого типа
становится хрупким.

Химический состав пром. Т. с., выпускаемых
в СССР, приведён в табл. 1 (с разбивкой по типу структуры). По областям
применения и виду полуфабрикатов можно приблизительно подразделить сплавы
на след, группы: свариваемые сплавы преимущественно для листов (ВТ5-1,
ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ20, ВТ6С, ВТ14, ВТ15); сплавы повышенной прочности
для штамповок (ВТ5, ВТ6, ВТ14, ВТ16, ВТ22); жаропрочные сплавы для штамповок
(ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9, ВТ18). Сплав ВТ6С специально рекомендуется для баллонов
высокого давления, все жаропрочные сплавы - для дисков, лопаток и др. деталей
компрессоров газотрубных двигателей, сплав ВТ22 - для массивных нагруженных
штамповок, сплав ВТ16 - для болтов. В случае необходимости (напр., при
изготовлении

штампосварных конструкций) все листовые
сплавы могут применяться для изготовления штамповок.

Механические свойства Т. с.
в отожжённом и термически упрочнённом состоянии приведены в табл. 2. Кроме
обычной термич. обработки, состоящей из закалки и старения, применяются
различные режимы отжига, термомеханич. обработка (напр., закалка из-под
штампа с последующим старением), а также изотермич. деформация (медленная
штамповка в штампах, нагретых до темп-ры деформации). В последнем
случае достигаются очень однородные и высокие механич, свойства. Титан
и его сплавы могут подвергаться ковке, объёмной и листовой штамповке, прокатке,
прессованию, волочению; из них можно получать те же полуфабрикаты, что
и из др. конструкционных металлов, с учётом повышенной склонности титана
к окислению при нагреве. Рекомендуется применять защитные эмалевые покрытия,
к-рые при обработке давлением одновременно являются технологич. смазками.
Термич. обработку следует проводить в печах с нейтральной атмосферой или
в вакууме. Большинство пром. Т. с. имеют довольно узкий интервал кристаллизации
и поэтому обладают удовлетворительными литейными свойствами. Для получения
фасонных отливок предпочтительнее a-сплавы, к-рые, кроме хороших литейных
свойств, позволяют заваривать дефекты. Наиболее употребительный в СССР
литейный Т. с.- сплав ВТ5Л. Для деталей повышенной прочности применяются
сплавы ВТ6Л, ВТ9Л, ВТ20Л и др. В качестве материала для форм используются
спец. керамические и графитовые смеси, а также стальные кокили.

В стадии пром. разработки находятся
высоколегированные сплавы Ti - Ni, представляющие собой по составу практически
чистое хим. соединение никелид титана. Сплавы такого типа, получившие назв.
"нитинол", обладают способностью при определённых условиях восстанавливать
свою первоначальную форму после нек-рой пластич. деформации ("эффект памяти"),
что используется, напр., в автоматич. реле противопожарных устройств и
т. п.

Табл. 1.-Химический состав промышленных
титановых

сплавов СССР