Titanmetall. Eigenschaften von Titan. Anwendung von Titan. Sorten und chemische Zusammensetzung von Titan

Eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde ist Titan. Nach den Forschungsergebnissen nimmt es den 4. Platz in Bezug auf die Prävalenz ein und übergibt die führende Position an Aluminium, Eisen und Magnesium. Trotz einer so großen Verbreitung wurde Titan erst im 20. Jahrhundert industriell verwendet. Titanlegierungen haben die Entwicklung der Raketenwissenschaft und der Luftfahrt maßgeblich beeinflusst, was mit einer Kombination aus geringer Dichte mit hoher spezifischer Festigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit verbunden ist. Betrachten Sie alle Merkmale dieses Materials genauer.

Allgemeine Eigenschaften von Titan und seinen Legierungen

Es sind die grundlegenden mechanischen Eigenschaften Titanlegierungen bestimmen ihre weite Verbreitung. Wenn man nicht auf die chemische Zusammensetzung achtet, dann lassen sich alle Titanlegierungen wie folgt charakterisieren:

1. Hohe Korrosionsbeständigkeit. Als Nachteil der meisten Metalle kann die Tatsache bezeichnet werden, dass sich bei hoher Luftfeuchtigkeit Korrosion an der Oberfläche bildet, die nicht nur das Aussehen des Materials verschlechtert, sondern auch seine Grundleistung verringert. Titan ist weniger anfällig für Feuchtigkeit als Eisen.
2. Kalter Widerstand. Eine zu niedrige Temperatur führt zu einer deutlichen Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften von Titanlegierungen. Es gelingt oft, einer Situation bei der Operation bei zu begegnen negative Temperaturen führt zu einer deutlichen Erhöhung der Sprödigkeit. Titan wird häufig bei der Herstellung von Raumfahrzeugen verwendet.
3. Titan und Titanlegierungen haben eine relativ geringe Dichte, was das Gewicht erheblich reduziert. Am weitesten verbreitet sind Leichtmetalle verschiedene Branchen Industrie, zum Beispiel in der Flugzeugindustrie, dem Bau von Wolkenkratzern und so weiter.
4. Hohe spezifische Festigkeit u geringe Dichte- Eigenschaften, die eher selten kombiniert werden. Aber gerade aufgrund dieser Kombination werden Titanlegierungen heute am häufigsten verwendet.
5. Die Verarbeitbarkeit in der Druckbehandlung bestimmt, dass die Legierung häufig als Werkstück zum Pressen oder für andere Verarbeitungsarten verwendet wird.
6. Das Fehlen einer Reaktion auf die Einwirkung eines Magnetfelds wird auch als Grund für die breite Verwendung der betrachteten Legierungen bezeichnet. Oft findet man eine Situation, in der Strukturen hergestellt werden, bei deren Betrieb sich ein Magnetfeld bildet. Die Verwendung von Titan eliminiert die Möglichkeit des Klebens.

Diese Hauptvorteile von Titanlegierungen bestimmten ihre ziemlich weite Verbreitung. Wie bereits erwähnt, hängt jedoch viel von der spezifischen chemischen Zusammensetzung ab. Ein Beispiel ist, dass die Härte variiert, je nachdem, welche Substanzen beim Legieren verwendet werden.

Wichtig ist, dass der Schmelzpunkt 1700 Grad Celsius erreichen kann. Dadurch wird die Hitzebeständigkeit der Zusammensetzung deutlich erhöht, aber auch der Verarbeitungsprozess erschwert.

Arten von Titanlegierungen

Die Klassifizierung von Titanlegierungen erfolgt nach einer größeren Anzahl von Merkmalen. Alle Legierungen lassen sich in mehrere Hauptgruppen einteilen:

1. Hochfeste und strukturell haltbare Titanlegierungen, die auch eine ziemlich hohe Duktilität aufweisen. Aus diesem Grund können sie bei der Herstellung von Teilen verwendet werden, die einer variablen Belastung ausgesetzt sind.
2. Hitzebeständige Legierungen mit niedriger Dichte werden unter Berücksichtigung eines bestimmten Temperaturbereichs als kostengünstigere Alternative zu hitzebeständigen Nickellegierungen verwendet. Die Festigkeit einer solchen Titanlegierung kann in Abhängigkeit von der spezifischen chemischen Zusammensetzung über einen ziemlich großen Bereich variieren.
3. Legierungen auf Titanbasis chemische Verbindung stellen eine hitzebeständige Struktur mit geringer Dichte dar. Durch eine deutliche Verringerung der Dichte wird auch das Gewicht reduziert und die Hitzebeständigkeit ermöglicht den Einsatz des Materials im Flugzeugbau. Darüber hinaus wird eine hohe Plastizität auch mit einer ähnlichen Marke in Verbindung gebracht.

Die Kennzeichnung von Titanlegierungen erfolgt nach bestimmten Regeln, mit denen Sie die Konzentration aller Elemente bestimmen können. Betrachten Sie einige der häufigsten Arten von Titanlegierungen genauer.

Bei den gebräuchlichsten Sorten von Titanlegierungen sollten Sie auf VT1-00 und VT1-0 achten. Sie gehören zur Klasse der technischen Titanen. Die Zusammensetzung dieser Titanlegierung enthält eine ausreichend große Anzahl verschiedener Verunreinigungen, die die Festigkeitsabnahme bestimmen. Aufgrund der Festigkeitsabnahme steigt jedoch die Duktilität deutlich an. Hohe technologische Plastizität bestimmt, dass auch bei der Folienherstellung technisches Titan gewonnen werden kann.

Sehr oft wird die betrachtete Zusammensetzung der Legierung einer Kaltverfestigung unterzogen. Dadurch wird die Festigkeit erhöht, aber die Duktilität deutlich reduziert. Viele Experten glauben, dass die betrachtete Verarbeitungsmethode nicht als die beste bezeichnet werden kann, da sie keine komplexen positiven Auswirkungen auf die grundlegenden Eigenschaften des Materials hat.

Die Legierung VT5 ist weit verbreitet, gekennzeichnet durch die Verwendung von Aluminium nur als Legierungselement. Es ist wichtig zu beachten, dass Aluminium als das häufigste Legierungselement in Titanlegierungen gilt. Dies hängt mit folgenden Punkten zusammen:

1. Durch die Verwendung von Aluminium können die E-Module deutlich erhöht werden.
2. Mit Aluminium können Sie auch den Wert der Hitzebeständigkeit erhöhen.
3. Ein solches Metall ist eines der gebräuchlichsten seiner Art, wodurch die Kosten des resultierenden Materials erheblich reduziert werden.
4. Reduzierte Wasserstoffversprödung.
5. Die Dichte von Aluminium ist geringer als die Dichte von Titan, wodurch die Einführung des betrachteten Legierungsstoffes die spezifische Festigkeit erheblich erhöhen kann.

Im heißen Zustand ist VT5 gut geschmiedet, gewalzt und gestanzt. Deshalb wird es oft zum Schmieden, Walzen oder Stanzen verwendet. Eine solche Struktur kann einer Belastung von nicht mehr als 400 Grad Celsius standhalten.

Die Titanlegierung VT22 kann je nach chemischer Zusammensetzung eine sehr unterschiedliche Struktur aufweisen. Zu Betriebsmerkmale Material sind unter anderem:

1. Hohe technologische Duktilität beim Warmumformen.
2. Es wird zur Herstellung von Stangen, Rohren, Platten, Stanzteilen, Profilen verwendet.
3. Zum Schweißen können alle gängigen Verfahren eingesetzt werden.
4. Ein wichtiger Punkt ist, dass nach Abschluss des Schweißvorgangs ein Glühen empfohlen wird, wodurch die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Schweißnaht erheblich verbessert werden.

Durch den Einsatz einer komplexen Glühtechnologie ist es möglich, die Leistungsfähigkeit der Titanlegierung VT22 deutlich zu verbessern. Dabei wird auf eine hohe Temperatur erhitzt und mehrere Stunden lang gehalten, gefolgt von einem allmählichen Abkühlen in einem Ofen, ebenfalls mit langem Halten. Nach hochwertigem Glühen eignet sich die Legierung zur Herstellung hochbelasteter Teile und Strukturen, die auf Temperaturen über 350 Grad Celsius erhitzt werden können. Ein Beispiel sind die Elemente des Rumpfes, der Tragfläche, Teile der Steuerung oder Anbauteile.

Die Titanlegierung VT6 hat heute die größte Verbreitung im Ausland erhalten. Der Zweck einer solchen Titanlegierung besteht darin, Zylinder herzustellen, die unter hohem Druck arbeiten können. Darüber hinaus wird nach den Ergebnissen der Studien in 50 % der Fälle in der Luft- und Raumfahrtindustrie eine Titanlegierung verwendet, die in ihrer Leistung und Zusammensetzung VT6 entspricht. Der GOST-Standard wird heute im Ausland praktisch nicht zur Bezeichnung von Titan und vielen anderen Legierungen verwendet, was berücksichtigt werden sollte. Für die Bezeichnung wird eine eigene eindeutige Markierung verwendet.

VT6 hat eine außergewöhnliche Leistung aufgrund der Tatsache, dass der Zusammensetzung auch Vanadium hinzugefügt wird. Dieses Legierungselement zeichnet sich dadurch aus, dass es nicht nur die Festigkeit, sondern auch die Duktilität erhöht.

Diese Legierung ist im heißen Zustand gut verformbar, was auch als positive Eigenschaft bezeichnet werden kann. Bei der Verwendung werden Rohre, verschiedene Profile, Platten, Bleche, Stanzteile und viele andere Zuschnitte erhalten. Alle können zum Schweißen verwendet werden. moderne Methoden, was auch den Anwendungsbereich der betrachteten Titanlegierung erheblich erweitert. Zur Verbesserung der Leistung wird auch eine Wärmebehandlung durchgeführt, beispielsweise Glühen oder Härten. Lange Zeit wurde das Glühen bei einer Temperatur von nicht mehr als 800 Grad Celsius durchgeführt, die Ergebnisse der Studien zeigen jedoch, dass es sinnvoll ist, den Indikator auf 950 Grad Celsius zu erhöhen. Doppeltes Glühen wird oft durchgeführt, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.

Auch die VT8-Legierung hat sich weit verbreitet. Im Vergleich zum vorherigen hat es eine höhere Festigkeit und Hitzebeständigkeit. Sie konnten einzigartige Leistungsqualitäten erreichen, indem sie der Zusammensetzung eine große Menge an Aluminium und Silizium hinzufügten. Zu beachten ist, dass die maximale Temperatur, bei der diese Titanlegierung betrieben werden kann, bei etwa 480 Grad Celsius liegt. Eine Variation dieser Zusammensetzung kann als VT8-1 bezeichnet werden. Wir nennen die folgenden Punkte als seine wichtigsten operativen Eigenschaften:

1. Hohe thermische Stabilität.
2. Geringe Wahrscheinlichkeit der Bildung von Rissen in der Struktur aufgrund der Bereitstellung starker Bindungen.
3. Herstellbarkeit bei verschiedenen Verarbeitungsverfahren, z. B. Kaltprägen.
4. Hohe Plastizität mit erhöhte Kraft.

Um die Leistung deutlich zu verbessern, wird häufig ein doppeltes isothermes Glühen durchgeführt. In den meisten Fällen wird diese Titanlegierung bei der Herstellung von Schmiedeteilen, Teichen, verschiedenen Platten, Stanzteilen und anderen Rohlingen verwendet. Es ist jedoch zu beachten, dass die Eigenschaften der Zusammensetzung kein Schweißen zulassen.

Anwendung von Titanlegierungen

Betrachtet man die Anwendungsgebiete von Titanlegierungen, stellen wir das fest Großer Teil Sorten werden in der Luftfahrt- und Raketenindustrie sowie bei der Herstellung von Seeschiffen verwendet. Andere Metalle sind für die Herstellung von Flugzeugtriebwerksteilen nicht geeignet, da sie beim Erhitzen auf relativ niedrige Temperaturen zu schmelzen beginnen, wodurch sich die Struktur verformt. Auch eine Erhöhung des Gewichts der Elemente verursacht einen Wirkungsgradverlust.

Die Verwendung von Titanlegierungen in der Medizin

Lassen Sie uns Material nach Produktion anwenden:

1. Pipelines zur Versorgung mit verschiedenen Stoffen.
2. Absperrventile.
3. Ventile und andere ähnliche Produkte, die in aggressiven chemischen Umgebungen verwendet werden.
4. In der Flugzeugindustrie wird die Legierung verwendet, um Haut, verschiedene Halterungen, Fahrwerksteile, Power Kits und andere Einheiten. Wie die Ergebnisse laufender Studien zeigen, reduziert die Einführung eines solchen Materials das Gewicht um etwa 10-25%.
5. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Raketenwissenschaft. Der kurzzeitige Betrieb des Motors, die Bewegung mit hoher Geschwindigkeit und das Eindringen in dichte Schichten führen dazu, dass die Struktur starken Belastungen ausgesetzt ist, die nicht allen Materialien standhalten können.
6. In der chemischen Industrie wird Titanlegierung verwendet, da sie nicht auf die Wirkung verschiedener Substanzen reagiert.
7. Im Schiffbau ist Titan gut, weil es nicht auf die Einwirkung von Salzwasser reagiert.

Generell können wir sagen, dass das Spektrum der Titanlegierungen sehr umfangreich ist. In diesem Fall wird legiert, wodurch die wichtigsten Betriebseigenschaften des Materials erheblich erhöht werden.

Wärmebehandlung von Titanlegierungen

Um die Leistung zu verbessern, wird eine thermische Wärmebehandlung von Titanlegierungen durchgeführt. Dieser Prozess ist deutlich komplizierter, da die Umordnung des Kristallgitters der Oberflächenschicht bei einer Temperatur von über 500 Grad Celsius stattfindet. Bei Legierungen der Sorten VT5 und VT6-C wird oft ein Glühen durchgeführt. Die Belichtungszeit kann je nach Dicke des Werkstücks und anderen Längenmaßen erheblich variieren.

Teile aus VT14 müssen zum Zeitpunkt des Einsatzes Temperaturen von bis zu 400 Grad Celsius standhalten. Deshalb beinhaltet die Wärmebehandlung eine Härtung mit anschließender Alterung. Gleichzeitig erfordert das Härten das Erhitzen des Mediums auf eine Temperatur von etwa 900 Grad Celsius, während das Altern mehr als 12 Stunden lang einer Umgebung mit einer Temperatur von 500 Grad Celsius ausgesetzt wird.

Induktionserwärmungsverfahren lassen am meisten zu verschiedene Prozesse Wärmebehandlung. Beispiele umfassen Glühen, Altern, Normalisierung und so weiter. Abhängig davon, welche Leistungsmerkmale erreicht werden sollen, werden spezifische Wärmebehandlungsmodi ausgewählt.

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Titan und seine Legierungen

Titan weit verbreitet darin Erdkruste, wo es etwa 6% enthält und in Bezug auf die Prävalenz nach Aluminium, Eisen und Magnesium an vierter Stelle steht. Die industrielle Methode seiner Gewinnung wurde jedoch erst in den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelt. Dank der Fortschritte im Flugzeug- und Raketenbau wurde die Produktion von Titan und seinen Legierungen intensiv entwickelt. Dies ist auf eine Kombination so wertvoller Eigenschaften von Titan wie geringe Dichte und hohe spezifische Festigkeit zurückzuführen (s in /r × g), Korrosionsbeständigkeit, Herstellbarkeit in der Druckbehandlung und Schweißbarkeit, Kältebeständigkeit, Nichtmagnetizität und eine Reihe anderer wertvoller physikalischer und mechanischer Eigenschaften, die unten aufgeführt sind.

Eigenschaften der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Titan (VT1-00)

Dichte r, kg / m 3	4,5 × 10 –3
Schmelztemperatur T pl , °C	1668±4
Linearer Ausdehnungskoeffizient a × 10 –6 , Grad –1	8,9
Wärmeleitfähigkeit l , W/(m × Grad)	16,76
Zugfestigkeit s in, MPa	300–450
Bedingte Streckgrenze s 0,2 , MPa	250–380
Spezifische Stärke (s in /r×g)× 10 –3 , km	7–10
Relative Dehnung d, %	25–30
Relative Kontraktion Y , %	50–60
Modul der normalen Elastizität E´ 10 –3 , MPa	110,25
Schermodul G 10 –3 , MPa	41
Querkontraktionszahl m,	0,32
Härte HB	103
Schlagfestigkeit KCU, J/cm2	120

Titan hat zwei polymorphe Modifikationen: a-Titan mit einem hexagonal dicht gepackten Gitter mit Perioden a= 0,296 nm, mit= 0,472 nm und eine Hochtemperaturmodifikation von b-Titan mit einem kubisch raumzentrierten Gitter mit einer Periode a\u003d 0,332 nm bei 900 ° C. Die Temperatur der polymorphen a "b-Umwandlung beträgt 882 ° C.

Die mechanischen Eigenschaften von Titan hängen maßgeblich vom Gehalt an Verunreinigungen im Metall ab. Es gibt interstitielle Verunreinigungen – Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Substitutionsverunreinigungen, zu denen Eisen und Silizium gehören. Verunreinigungen erhöhen zwar die Festigkeit, verringern aber gleichzeitig die Duktilität stark, und interstitielle Verunreinigungen, insbesondere Gase, wirken sich am stärksten negativ aus. Mit der Einführung von nur 0,003 % H, 0,02 % N oder 0,7 % O verliert Titan vollständig seine Fähigkeit zur plastischen Verformung und wird spröde.

Besonders schädlich ist Wasserstoff, der verursacht Wasserstoffversprödung Titanlegierungen. Beim Schmelzen und Weiterverarbeiten, insbesondere beim Beizen von Halbzeugen, gelangt Wasserstoff in das Metall. Wasserstoff ist in a-Titan schwer löslich und bildet lamellare Hydridpartikel, die die Schlagzähigkeit verringern und insbesondere bei Spätbruchversuchen negativ auffallen.

Ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Titan besteht in der Anreicherung und Chlorierung von Titanerz mit anschließender Rückgewinnung aus Titantetrachlorid mit metallischem Magnesium (Magnesium-Thermalverfahren). Durch diese Methode erhalten Titanschwamm(GOST 17746–79) werden je nach chemischer Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften folgende Sorten hergestellt:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-TV (siehe Tabelle 17.1). Die Zahlen bedeuten Brinellhärte HB, T B - hart.

Um monolithisches Titan zu erhalten, wird der Schwamm zu Pulver gemahlen, gepresst und gesintert oder eingeschmolzen Lichtbogenöfen im Vakuum oder in Inertgasatmosphäre.

Die mechanischen Eigenschaften von Titan werden charakterisiert gute Kombination Festigkeit und Plastizität. Zum Beispiel hat handelsübliches Reintitan VT1-0: s in = 375–540 MPa, s 0,2 = 295–410 MPa, d ³ 20 %, und diese Eigenschaften stehen einer Reihe von korrosionsbeständigen Kohlenstoff- und Cr-Ni-Stählen in nichts nach.

Die hohe Duktilität von Titan im Vergleich zu anderen Metallen mit hcp-Gitter (Zn, Mg, Cd) erklärt sich aus große Menge Gleit- und Zwillingssysteme aufgrund des niedrigen Übersetzungsverhältnisses mit/a= 1,587. Offensichtlich ist dies der Grund für die hohe Kältebeständigkeit von Titan und seinen Legierungen (Details siehe Kap. 13).

Wenn die Temperatur auf 250 ° C ansteigt, nimmt die Festigkeit von Titan um fast das Zweifache ab. Hitzebeständige Ti-Legierungen sind jedoch hinsichtlich der spezifischen Festigkeit im Temperaturbereich von 300–600 °C unerreicht; bei Temperaturen über 600 °C sind Titanlegierungen Eisen- und Nickelbasislegierungen unterlegen.

Titan hat einen niedrigen Modul normaler Elastizität ( E= 110,25 GPa) - fast zweimal weniger als Eisen und Nickel, was die Herstellung starrer Strukturen erschwert.

Titan gehört zu den reaktiven Metallen, weist jedoch eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf, da sich auf seiner Oberfläche ein stabiler passiver TiO 2 -Film bildet, der fest mit dem Grundmetall verbunden ist und dessen direkten Kontakt mit einer korrosiven Umgebung ausschließt. Die Dicke dieses Films erreicht normalerweise 5–6 nm.

Dank des Oxidfilms korrodieren Titan und seine Legierungen nicht in der Atmosphäre, in Süßwasser und Meerwasser, beständig gegen Kavitationskorrosion und Spannungskorrosion sowie gegen organische Säuren.

Die Herstellung von Produkten aus Titan und seinen Legierungen weist eine Reihe technologischer Besonderheiten auf. Aufgrund der hohen chemischen Aktivität von geschmolzenem Titan werden das Schmelzen, Gießen und Lichtbogenschweißen im Vakuum oder in einer Atmosphäre von Inertgasen durchgeführt.

Beim technologischen und betrieblichen Erhitzen, insbesondere oberhalb von 550–600 °C, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um Titan vor Oxidation und Gassättigung (Alphaschicht) zu schützen (siehe Kap. 3).

Titan lässt sich im heißen Zustand gut durch Druck und im kalten zufriedenstellend verarbeiten. Es lässt sich leicht walzen, schmieden, stanzen. Titan und seine Legierungen lassen sich gut durch Widerstands- und Argon-Lichtbogenschweißen schweißen und bieten eine hohe Festigkeit und Duktilität der Schweißverbindung. Der Nachteil von Titan ist die schlechte Bearbeitbarkeit durch Kleben, geringe Wärmeleitfähigkeit und schlechte Gleiteigenschaften.

Der Hauptzweck des Legierens von Titanlegierungen besteht darin, die Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Titanlegierungen mit Aluminium, Chrom, Molybdän, Vanadium, Mangan, Zinn und anderen Elementen haben breite Anwendung gefunden. Legierungselemente haben einen großen Einfluss auf die polymorphen Umwandlungen von Titan.

Tabelle 17.1

Briefmarken, chemische Zusammensetzung(%) und Härte von schwammigem Titan (GOST 17746–79)

	Ti, nicht weniger								Härte HB, 15.10.30, nicht mehr

Tabelle 17.2

Sorten und chemische Zusammensetzung (%) von geschmiedeten Titanlegierungen (GOST 19807–91)

Notation Briefmarken

Notiz. Die Summe anderer Verunreinigungen in allen Legierungen beträgt 0,30%, in der Legierung VT1-00 - 0,10%.

Die Gefügebildung und damit die Eigenschaften von Titanlegierungen werden maßgeblich durch die mit der Titanpolymorphie einhergehenden Phasenumwandlungen beeinflusst. Auf Abb. 17.1 zeigt Diagramme der Zustandsdiagramme "Titanlegierungselement", die die Einteilung der Legierungselemente nach der Art ihres Einflusses auf die polymorphen Umwandlungen von Titan in vier Gruppen widerspiegeln.

a - Stabilisatoren(Al, O, N), die die Temperatur der polymorphen Umwandlung a «b erhöhen und das Spektrum an Mischkristallen auf Basis von a-Titan erweitern (Abb. 17.1, a). In Anbetracht der versprödenden Wirkung von Stickstoff und Sauerstoff, praktischer Wert zum Legieren von Titan hat nur Aluminium. Es ist das Hauptlegierungselement in allen technischen Titanlegierungen, reduziert deren Dichte und Neigung zur Wasserstoffversprödung und erhöht zudem Festigkeit und E-Modul. Legierungen mit stabilem a-Gefüge werden nicht durch Wärmebehandlung gehärtet.

Isomorphe b-Stabilisatoren (Mo, V, Ni, Ta usw.), die die Temperatur einer "b-Umwandlung" erniedrigen und das Spektrum von Mischkristallen auf Basis von b-Titan erweitern (Abb. 17.1, b).

Eutektoidbildende b-Stabilisatoren (Cr, Mn, Cu etc.) können mit Titan intermetallische Verbindungen vom Typ TiX bilden. In diesem Fall erfährt die b-Phase beim Abkühlen eine eutektoide Umwandlung b ® a + TiX (Abb. 17.1, in). Mehrheitlich
b-Stabilisatoren erhöhen die Festigkeit, Hitzebeständigkeit und thermische Stabilität von Titanlegierungen, wodurch ihre Duktilität etwas verringert wird (Abb. 17.2.). Außerdem können Legierungen mit (a + b)- und Pseudo-b-Gefüge durch Wärmebehandlung (Härten + Altern) gehärtet werden.

Neutrale Elemente (Zr, Sn) beeinflussen die Temperatur der polymorphen Umwandlung nicht wesentlich und verändern die Phasenzusammensetzung von Titanlegierungen nicht (Abb. 17.1, G).

Die polymorphe b ® a -Transformation kann auf zwei Wegen erfolgen. Bei langsamer Abkühlung und hoher Atombeweglichkeit kommt es nach dem üblichen Diffusionsmechanismus zur Bildung einer polyedrischen Struktur einer festen a-Lösung. Bei schneller Abkühlung - durch einen diffusionslosen martensitischen Mechanismus unter Bildung eines nadelförmigen martensitischen Gefüges, bezeichnet mit a ¢ oder bei höherem Legierungsgrad - a ¢ ¢ . Die Kristallstruktur von a , a ¢ , a ¢ ¢ ist praktisch vom gleichen Typ (HCP), jedoch ist das Gitter von a ¢ und a ¢ ¢ stärker verzerrt, und der Grad der Verzerrung nimmt mit steigender Konzentration an Legierungselementen zu. Es gibt Hinweise [1], dass das Gitter der a ¢ ¢ -Phase eher orthorhombisch als hexagonal ist. Als Alterungsphasen a ¢ und a ¢ ¢ werden b-Phase oder intermetallische Phase getrennt.

Reis. 17.1. Zustandsdiagramme von "Ti-Legierungselement"-Systemen (Schemata):
a) „Ti-a-Stabilisatoren“;
b) „Ti-isomorphe b-Stabilisatoren“;
in) "Ti-eutektoidbildende b-Stabilisatoren";
G) "Ti-neutrale Elemente"

Reis. 17.2. Einfluss von Legierungselementen auf die mechanischen Eigenschaften von Titan

Im Gegensatz zu Martensit von Kohlenstoffstählen, der eine interstitielle Lösung ist und durch hohe Festigkeit und Sprödigkeit gekennzeichnet ist, ist Titanmartensit eine Ersatzlösung, und das Abschrecken von Titanlegierungen für Martensit führt zu einer leichten Härtung und wird nicht von einer starken Abnahme der Plastizität begleitet .

Phasenumwandlungen, die beim langsamen und schnellen Abkühlen von Titanlegierungen mit unterschiedlichen Gehalten an b-Stabilisatoren auftreten, sowie die resultierenden Strukturen sind in einem verallgemeinerten Diagramm dargestellt (Abb. 17.3). Sie gilt für isomorphe b-Stabilisatoren (Abb. 17.1, b) und in einiger Näherung für eutektoidbildende b-Stabilisatoren (Abb. 17.1, in), da die eutektoide Zersetzung in diesen Legierungen sehr langsam ist und vernachlässigt werden kann.

Reis. 17.3. Schema der Änderung der Phasenzusammensetzung von Legierungen "Ti-b-Stabilisator" in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
Abkühlung und Verhärtung aus der b-Region

Bei langsamer Abkühlung in Titanlegierungen können je nach Konzentration der b-Stabilisatoren Strukturen erhalten werden: a, a + b bzw. b.

Beim Abschrecken infolge martensitischer Umwandlung im Temperaturbereich M n -M k (gestrichelt in Abb. 17.3 dargestellt) sind vier Legierungsgruppen zu unterscheiden.

Die erste Gruppe umfasst Legierungen mit einer Konzentration an b-stabilisierenden Elementen bis zu C 1 , d. h. Legierungen, die, wenn sie aus dem b-Bereich abgeschreckt werden, ausschließlich eine ¢ (a ¢ ¢)-Struktur aufweisen. Nach Abschrecken dieser Legierungen ab Temperaturen (a+b)-Bereich im Bereich der polymorphen Umwandlung an T In 1 ist ihre Struktur eine Mischung aus den Phasen a ¢ (a ¢ ¢), a und b und nach dem Abschrecken von Temperaturen darunter T cr sie haben eine (a + b)-Struktur.

Die zweite Gruppe besteht aus Legierungen mit einer Legierungselementkonzentration von C 1 bis C cr , bei denen beim Abschrecken aus dem b-Gebiet die martensitische Umwandlung nicht bis zum Ende eintritt und sie das Gefüge a ¢ (a ¢ ¢ ) und B. Legierungen dieser Gruppe können nach dem Abschrecken von Temperaturen aus polymorpher Umwandlung an T kr haben die Struktur a ¢ (a ¢ ¢), a und b, und mit Temperaturen darunter T cr - Struktur (a + b).

Härten von Legierungen der dritten Gruppe mit einer Konzentration an b-stabilisierenden Elementen von C cr bis C 2 ab Temperaturen im b-Bereich oder ab Temperaturen aus polymorpher Umwandlung an T 2 wird von der Umwandlung eines Teils der b-Phase in die w-Phase begleitet, und Legierungen dieses Typs haben nach dem Abschrecken die Struktur (b + w). Legierungen der dritten Gruppe nach dem Härten bei Temperaturen darunter T 2 haben die Struktur (b + a).

Legierungen der vierten Gruppe haben nach dem Abschrecken von Temperaturen oberhalb der polymorphen Umwandlung ausschließlich b-Struktur und von Temperaturen unterhalb der polymorphen Umwandlung - (b + a).

Es ist zu beachten, dass die b ® b + w-Umwandlungen sowohl beim Abschrecken von Legierungen mit einer Konzentration von (С cr –С 2) als auch beim Altern von Legierungen mit einer Konzentration von mehr als С 2 auftreten können, die eine metastabile b-Phase haben . In jedem Fall ist die Anwesenheit der w-Phase unerwünscht, da sie Titanlegierungen stark versprödet. Die empfohlenen Wärmebehandlungsregime schließen sein Vorhandensein in Industrielegierungen oder sein Auftreten unter Betriebsbedingungen aus.

Bei Titanlegierungen kommen folgende Arten der Wärmebehandlung zum Einsatz: Glühen, Härten und Auslagern sowie chemisch-thermische Behandlung(Nitrieren, Silizieren, Oxidieren etc.).

Das Glühen wird bei allen Titanlegierungen durchgeführt, um die Gefügebildung zu vervollständigen, die Gefüge- und Konzentrationsinhomogenität sowie die mechanischen Eigenschaften auszugleichen. Die Tempertemperatur sollte höher sein als die Rekristallisationstemperatur, aber niedriger als die Übergangstemperatur in den b-Zustand ( T pp) um Kornwachstum zu verhindern. Anwenden konventionelles Glühen, doppelt oder isotherm(zur Stabilisierung der Struktur und Eigenschaften), unvollständig(um innere Spannungen abzubauen).

Abschrecken und Altern (härtende Wärmebehandlung) ist auf Titanlegierungen mit (a + b)-Struktur anwendbar. Das Prinzip der Härtewärmebehandlung besteht darin, während des Abschreckens metastabile Phasen b , a ¢ , a ¢ ¢ und deren anschließenden Zerfall unter Freisetzung von dispergierten Partikeln zu erhalten a - und b -Phasen während der künstlichen Alterung. Die Verfestigungswirkung hängt dabei von Art, Menge und Zusammensetzung der metastabilen Phasen sowie der Feinheit der nach der Alterung gebildeten a- und b-Phasenpartikel ab.

Die chemisch-thermische Behandlung wird durchgeführt, um die Härte und Verschleißfestigkeit, die Beständigkeit gegen "Festfressen" beim Arbeiten unter Reibungsbedingungen, die Ermüdungsfestigkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und Hitzebeständigkeit zu erhöhen. Nitrieren, Silizieren und einige Arten von Diffusionsmetallisierungen haben praktische Anwendungen.

Titanlegierungen weisen im Vergleich zu technischem Titan eine höhere Festigkeit auch bei hohen Temperaturen bei gleichzeitig ausreichend hoher Duktilität und Korrosionsbeständigkeit auf.

Marken und chemische Zusammensetzung des Inlandes
Legierungen (GOST 19807–91) sind in der Tabelle dargestellt. 17.2.

Nach der Herstellungstechnologie werden Titanlegierungen unterteilt in geschmiedet und gegossen; nach dem Niveau der mechanischen Eigenschaften - für Legierungen geringe Festigkeit und hohe Duktilität, Mitte Stärke, hohe Festigkeit; gemäß den Nutzungsbedingungen - auf kältebeständig, hitzebeständig, korrosionsbeständig . Entsprechend der Fähigkeit, durch Wärmebehandlung zu härten, werden sie unterteilt in gehärtet und nicht gehärtet, je nach Gefüge im geglühten Zustand - in a-, Pseudo-a-, (a + b)-, Pseudo-b- und b-Legierungen (Tab. 17.3).

Separate Gruppen von Titanlegierungen unterscheiden sich im Wert des bedingten Stabilisierungskoeffizienten Kb, die das Verhältnis des Gehalts an b-stabilisierendem Legierungselement zu seinem Gehalt in einer Legierung kritischer Zusammensetzung zeigt mit kr. Wenn die Legierung mehrere b-stabilisierende Elemente enthält, deren Kb zusammengefasst.

< 700 MPa, nämlich: a - Legierungen der Sorten VT1-00, VT1-0 (technisches Titan) und Legierungen OT4-0, OT4-1 (Ti-Al-Mn-System), AT3 (Ti-Al-System mit geringen Zusätzen von Cr , Fe, Si, B), bezogen auf Pseudo-a-Legierungen mit einem geringen Anteil an b-Phase. Die Festigkeitseigenschaften dieser Legierungen sind aufgrund von Verunreinigungen in VT1-00- und VT1-0-Legierungen und einer leichten Legierung mit a- und b-Stabilisatoren in OT4-0-, OT4-1- und AT3-Legierungen höher als die von reinem Titan.

Diese Legierungen zeichnen sich durch eine hohe Duktilität sowohl im heißen als auch im kalten Zustand aus, was es ermöglicht, alle Arten von Halbzeugen zu erhalten: Folien, Bänder, Bleche, Platten, Schmiedestücke, Stanzteile, Profile, Rohre usw. Die mechanischen Eigenschaften von Halbzeuge aus diesen Legierungen sind in tab. 17.4–17.6.

Tabelle 17.3

Klassifizierung von Titanlegierungen nach Struktur

Legierungsgruppe	Legierungsqualität
	VT1-00, VT1-0, VT5, VT5-1, PT-7M
Pseudo-a-Legierungen (Kb< 0,25)	OT4-0, OT4-1, OT4, VT20, AT3
(a + b)-martensitische Klasse ( Kb= 0,3–0,9)	VT6S, VT6, VT14, VT8, VT9, PT-3V, VT3-1, AT3
(a + b)-Übergangsklassenlegierungen ( Kb= 1,0–1,4)
Pseudo-b-Legierungen ( Kb= 1,5–2,4)	VT35*, VT32*, VT15
b-Legierungen ( Kb= 2,5–3,0)

* Experimentelle Legierungen.

Tabelle 17.4

Mechanische Eigenschaften von Blechen aus Titanlegierungen (GOST 22178–76)

Titan-Sorten Legierungen	Beispielzustand während des Testens	Blechdicke, mm	Zugfestigkeit, s in, MPa	Relative Dehnung, d, %
	geglüht
		St. 6.0–10.5
		St. 6.0–10.5
	geglüht
		St. 6.0–10.5
		St. 6.0–10.5
		St. 6.0–10.5
			885 (885–1080)
	geglüht		885 (885–1050)
		St. 5.0–10.5	835 (835–1050)
	temperiert und künstlich alt
		St. 7.0–10.5
	geglüht		930 (930–1180)
		St. 4.0–10.5
	geglüht und korrigiert		980 (980–1180)
		St. 4.0–10.5

Notiz. Zahlen in Klammern gelten für Bleche mit hoher Oberflächengüte.

Tabelle 17.5

Mechanische Eigenschaften von Stangen aus Titanlegierungen (GOST 26492–85)

Legierungsqualität	Bundesland Testproben	Stangendurchmesser	Grenze Stärke ist drin, MPa	Relativ Dehnung d, %	Relativ Verengung y,	Schlagzeug Viskosität KCU, J/cm2
	Geglüht
	Geglüht
	Geglüht		885 (905–1050)
			835 (835–1050)
	Gehärtet und gealtert
	Geglüht
	Gehärtet und gealtert
	Geglüht		930 (980–1230)
			930 (930–1180)
			980 (980–1230)
			930 (930–1180)
			980 (1030–1230)
			930 (980–1230)
	Geglüht		885 (885–1080)
			865 (865–1080)
	Gehärtet und gealtert
	Geglüht		885 (930–1130)
			885 (885–1130)
			1030 (1080–1230)
			1030 (1080–1280)

Notiz. Daten in Klammern beziehen sich auf Barren höherer Qualität.

Tabelle 17.6

Mechanische Eigenschaften von Titanlegierungsplatten (GOST 23755–79)

Legierungsqualität	Bundesland Material	Plattendicke,	Zugfestigkeit s in, MPa	Relative Dehnung d, %	Relative Kontraktion y , %	Schlagfestigkeit KCU, J/cm2
	Ohne Wärmebehandlung
	geglüht
	geglüht
	Gehärtet und gealtert
	geglüht
	Ohne Wärmebehandlung

Schmieden, Volumen- und Blechstanzen, Walzen, Pressen werden im heißen Zustand gemäß den in der Tabelle angegebenen Modi durchgeführt. 17.7. Endwalzen, Blechstanzen, Ziehen und andere Operationen werden in kaltem Zustand durchgeführt.

Diese Legierungen und Produkte daraus werden nur gemäß den in der Tabelle angegebenen Modi geglüht. 17.8. Das unvollständige Glühen wird verwendet, um innere Spannungen abzubauen, die durch spanende Bearbeitung, Blechstanzen, Schweißen usw. entstehen.

Diese Legierungen lassen sich gut durch Schmelzschweißen (Argon-Lichtbogen, Unterpulver, Elektroschlacke) und Kontakt (Punkt, Rolle) schweißen. Beim Schmelzschweißen entsprechen die Festigkeit und Duktilität der Schweißverbindung fast denen des Grundmetalls.

Die Korrosionsbeständigkeit dieser Legierungen ist in vielen Medien (Meerwasser, Chloride, Laugen, organische Säuren usw.) hoch, mit Ausnahme von Lösungen von HF, H 2 SO 4 , HCl und einigen anderen.

Anwendung. Diese Legierungen werden häufig als Konstruktionswerkstoffe für die Herstellung fast aller Arten von Halbzeugen, Teilen und Strukturen, einschließlich geschweißter, verwendet. Ihre effektivste Anwendung liegt in der Luft- und Raumfahrttechnik, in der Chemietechnik, in der Kryotechnik (Tabelle 17.9.) sowie in Einheiten und Strukturen, die bei Temperaturen von bis zu 300–350 ° C betrieben werden.

Zu dieser Gruppe gehören Legierungen mit der Zugfestigkeit s in = 750–1000 MPa, nämlich: a - Legierungen der Sorten VT5 und VT5-1; Pseudo-a-Legierungen der Sorten OT4, VT20; (a + b)-Legierungen der Sorten PT3V, sowie VT6, VT6S, VT14 im geglühten Zustand.

Die Legierungen VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S, die eine geringe Menge der b-Phase enthalten (2–7% der b-Phase im Gleichgewichtszustand), werden keiner Wärmebehandlung zum Härten unterzogen und verwendet im geglühten Zustand. Die Legierung VT6S wird manchmal in einem thermisch gehärteten Zustand verwendet. Die Legierungen VT6 und VT14 werden sowohl im geglühten als auch im thermisch gehärteten Zustand eingesetzt. Im letzteren Fall wird ihre Festigkeit höher als 1000 MPa und sie werden im Abschnitt über hochfeste Legierungen betrachtet.

Die betrachteten Legierungen behalten zusammen mit erhöhter Festigkeit eine zufriedenstellende Duktilität im kalten Zustand und eine gute Duktilität im warmen Zustand, was es ermöglicht, alle Arten von Halbzeugen daraus zu erhalten: Bleche, Bänder, Profile, Schmiedestücke, Stanzteile , Rohre usw. Ausnahme ist die VT5-Legierung, aus der Bleche und Platten aufgrund geringer technologischer Plastizität nicht hergestellt werden. Arten der Heißdruckbehandlung sind in der Tabelle angegeben. 17.7.

Diese Kategorie von Legierungen macht den größten Teil der Produktion von Halbzeugen aus, die im Maschinenbau verwendet werden. Die mechanischen Eigenschaften der wichtigsten Halbzeuge sind in der Tabelle angegeben. 17.4–17.6.

Alle mittelfesten Legierungen lassen sich mit allen für Titan verwendeten Schweißarten gut schweißen. Die Festigkeit und Duktilität einer durch Schmelzschweißen hergestellten Schweißverbindung liegt nahe an der Festigkeit und Duktilität des Grundmetalls (für VT20- und VT6S-Legierungen beträgt dieses Verhältnis 0,9–0,95). Nach dem Schweißen wird ein unvollständiges Glühen empfohlen, um innere Schweißspannungen abzubauen (Tabelle 17.8).

Die Bearbeitbarkeit dieser Legierungen ist gut. Die Korrosionsbeständigkeit in den meisten aggressiven Umgebungen ist ähnlich wie bei technischem Titan VT1-0.

Tabelle 17.7

Arten der Warmumformung von Titanlegierungen

Legierungsqualität

Barrenschmiedemodus

Schmiedemodus vor verformte Rohlinge

Stempelmodus drücken

Hammerprägemodus

Modus Blatt Stanzen

Temperatur Verformung, ° С

Dicke, mm

Temperatur Verformung, °C

Temperatur Verformung, ° С

Temperatur Verformung, ° С

Temperatur Verformung, °C

das Ende

das Ende

das Ende

das Ende

Alles Dicke

40–70 40–70

40–70 40–70

40–50** 70***

40–50** 70***

850 900–850

40–50** 70***

Alles Dicke

* Verformungsgrad für eine Erwärmung, %.

** Verformung im (a + b)-Bereich.

*** Verformung im b-Bereich.

Tabelle 17.8

Glühmodi für Titanlegierungen

Legierungsqualität	Glühtemperatur, ° С		Notiz
	Blätter und Details von ihnen	Stangen, Schmiedestücke, Stanzteile, Rohre, Profile und deren Teile
			445–585 °C*
			445–585 °C*
			480–520 °C*
			520–560 °C*
			545–585 °C*
			Isothermes Glühen: Aufheizen auf 870–920°C, Halten, Abkühlen auf 600–650°C, Abkühlen mit Ofen oder Transfer in einen anderen Ofen, Halten 2 h, Luftabkühlung
			Zweifaches Glühen, Halten bei 550–600 °C für 2–5 Stunden Glühen bei 850 °C, Luftkühlung ist für Leistungsteile zulässig
			550–650 °C*
			Das Glühen ist nach folgenden Modi zulässig: 1) Erhitzen auf 850 ° C, Halten, Abkühlen mit einem Ofen auf 750 ° C, Halten für 3,5 Stunden, Abkühlen an der Luft; 2) Erhitzen auf 800°C, Halten für 30 min, Abkühlen mit einem Ofen auf 500°C, dann an der Luft
			Doppeltes Glühen, Exposition bei 570–600 ° C - 1 h. Isothermes Glühen ist erlaubt: Aufheizen auf 920–950 °C, Halten, Abkühlen mit einem Ofen oder Überführen in einen anderen Ofen mit einer Temperatur von 570–600 °C, Halten für 1 h, Abkühlen an der Luft
			Zweifaches Glühen, Aussetzung bei 530–580 °C – 2–12 h. Isothermes Glühen ist erlaubt: Aufheizen auf 950–980 °C, Halten, Abkühlen mit einem Ofen oder Überführen in einen anderen Ofen mit einer Temperatur von 530–580 °C, Halten für 2–12 h, Abkühlen an Luft
			550–650 °C*
			Isothermes Glühen ist erlaubt: Aufheizen auf 790–810 °C, Halten, Abkühlen mit einem Ofen oder Überführen in einen anderen Ofen auf 640–660 °C, Halten für 30 min, Abkühlen an der Luft
			Das Glühen von Blechteilen ist bei 650–750 ° C zulässig. (600–650 °C)*
		(je nach Profil und Art des Halbzeugs)	Abkühlen mit einem Ofen mit einer Geschwindigkeit von 2–4 °C/min auf 450 °C, dann an der Luft. Zweifaches Glühen, Halten bei 500–650 °C für 1–4 Stunden. Zweifaches Glühen ist für Teile zulässig, die bei Temperaturen bis zu 300 °C und einer Dauer von bis zu 2000 Stunden betrieben werden
			(545–585 °C*)

* Unvollständige Glühtemperaturen.

Tabelle 17.9

Mechanische Eigenschaften von Titanlegierungen bei niedrigen Temperaturen

	s in (MPa) bei Temperatur, ° С			d (%) bei Temperatur, ° С			KCU, J / cm 2 bei Temperatur, ° С

Anwendung. Diese Legierungen werden für die Herstellung von Produkten durch Blechstanzen (OT4, VT20), für geschweißte Teile und Baugruppen, für stanzgeschweißte Teile (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) usw. empfohlen. Die Legierung VT6S wird häufig verwendet für die Herstellung von Gefäßen und Behältern hoher Druck. Teile und Baugruppen aus den Legierungen OT4, VT5 können lange bei Temperaturen bis 400 ° C und kurzzeitig bis 750 ° C arbeiten; aus den Legierungen VT5-1, VT20 - lange Zeit bei Temperaturen bis 450–500 ° C und kurzzeitig - bis 800–850 ° C. Die Legierungen VT5-1, OT4, VT6S werden auch für den Einsatz in der Kältetechnik empfohlen und Kryotechnik (Tab. 17.9).

Zu dieser Gruppe gehören Legierungen mit einer Zugfestigkeit s > 1000 MPa, nämlich (a + b)-Legierungen der Sorten VT6, VT14, VT3-1, VT22. Die hohe Festigkeit dieser Legierungen wird durch eine härtende Wärmebehandlung (Härten + Altern) erreicht. Ausnahme ist die hochlegierte Legierung VT22, die auch im geglühten Zustand s B > 1000 MPa aufweist.

Diese Legierungen behalten neben ihrer hohen Festigkeit auch im heißen Zustand eine gute (VT6) und zufriedenstellende (VT14, VT3-1, VT22) technologische Duktilität, was es ermöglicht, aus ihnen verschiedene Halbzeuge zu erhalten: Bleche (außer VT3- 1), Stäbe, Platten, Schmiedestücke, Stanzteile, Profile usw. Warmumformungsmodi sind in der Tabelle angegeben. 17.7. Die Legierungen VT6 und VT14 können im geglühten Zustand (s in » 850 MPa) mit geringen Verformungen kaltblechgeschmiedet werden. Die mechanischen Eigenschaften der wichtigsten Halbzeuge im geglühten und gehärteten Zustand sind in der Tabelle angegeben. 17.4–17.6.

Trotz der heterophasischen Struktur weisen die betrachteten Legierungen eine zufriedenstellende Schweißbarkeit durch alle für Titan verwendeten Schweißarten auf. Um die erforderliche Festigkeit und Duktilität zu gewährleisten, ist ein vollständiges Glühen erforderlich, und für die Legierung VT14 (mit einer Dicke der geschweißten Teile von 10–18 mm) wird empfohlen, ein Härten mit anschließender Alterung durchzuführen. Die Festigkeit der Schweißverbindung (Schmelzschweißen) beträgt dabei mindestens das 0,9-fache der Festigkeit des Grundwerkstoffes. Die Duktilität der Schweißverbindung kommt der Duktilität des Grundwerkstoffs nahe.

Bearbeitbarkeit ist zufriedenstellend. Die Bearbeitung von Legierungen kann sowohl im geglühten als auch im thermisch gehärteten Zustand erfolgen.

Diese Legierungen haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit im geglühten und thermisch gehärteten Zustand in feuchter Atmosphäre, Meerwasser und in vielen anderen aggressiven Umgebungen, wie handelsübliches Titan.

Wärmebehandlung . Die Legierungen VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 werden gehärtet und gealtert (siehe oben). Die empfohlenen Heizarten zum Härten und Auslagern für monolithische Produkte, Halbzeuge und Schweißteile sind in der Tabelle angegeben. 17.10.

Das Abkühlen während des Abschreckens erfolgt in Wasser und nach dem Altern in Luft. Volle Härtbarkeit ist für Teile aus VT6-, VT6S-Legierungen mit einem maximalen Querschnitt von bis zu 40–45 mm und aus VT3-1-, VT14-, VT22-Legierungen - bis zu 60 mm vorgesehen.

Um eine zufriedenstellende Kombination von Festigkeit und Duktilität von Legierungen mit einer (a + b)-Struktur nach dem Abschrecken und Altern zu gewährleisten, ist es notwendig, dass ihre Struktur vor der Wärmebehandlung zum Härten gleichachsig oder "korbgeflecht" ist. Beispiele für anfängliche Mikrostrukturen, die zufriedenstellende Eigenschaften liefern, sind in den Fig. 1 und 2 gezeigt. 17.4 (Typen 1–7).

Tabelle 17.10

Arten der verstärkenden Wärmebehandlung von Titanlegierungen

Legierungsqualität	Temperatur der polymorphen Umwandlung T pp, °С	Temperatur Heizung zum Härten, ° С	Temperatur Alterung, ° С	Dauer Altern, h

Die anfängliche nadelförmige Struktur der Legierung mit dem Vorhandensein von primären Korngrenzen der b-Phase (Typen 8–9) während der Überhitzung nach dem Abschrecken und Altern oder Glühen führt zur Ehe - einer Abnahme der Festigkeit und Duktilität. Daher ist es notwendig, das Erhitzen von (a + b)-Legierungen auf Temperaturen oberhalb der polymorphen Umwandlungstemperatur zu vermeiden, da es unmöglich ist, die überhitzte Struktur durch Wärmebehandlung zu korrigieren.

Es wird empfohlen, das Erhitzen während der Wärmebehandlung in Elektroöfen mit automatischer Temperaturregelung und -registrierung durchzuführen. Um die Bildung von Zunder zu verhindern, muss das Erhitzen von Fertigteilen und Blechen in Öfen mit Schutzatmosphäre oder unter Verwendung durchgeführt werden Schutzbeschichtungen.

Beim Erhitzen von Dünnblechteilen zum Härten wird eine 30–40 mm dicke Stahlplatte auf den Ofen gelegt, um die Temperatur auszugleichen und deren Verzug zu verringern. Zum Härten von Teilen mit komplexer Konfiguration und dünnwandigen Teilen werden Sperrvorrichtungen verwendet, um ein Verziehen und Verziehen zu verhindern.

Nach der Hochtemperaturbehandlung (Abschrecken oder Glühen) im Ofen ohne Schutzatmosphäre müssen Halbzeuge, die keiner weiteren Bearbeitung unterzogen werden, hydrosandgestrahlt oder korundbesandet und Bleche zusätzlich gebeizt werden.

Anwendung. Hochfeste Titanlegierungen werden zur Herstellung kritischer Teile und Baugruppen verwendet: geschweißte Konstruktionen(VT6, VT14), Turbinen (VT3-1), Stanzschweißbaugruppen (VT14), hochbelastete Teile und Stanzstrukturen (VT22). Diese Legierungen können lange Zeit bei Temperaturen bis 400°C und kurzzeitig bis 750°C betrieben werden.

Ein Merkmal hochfester Titanlegierungen als Konstruktionswerkstoff ist ihre Überempfindlichkeit zu Spannungskonzentratoren. Daher müssen bei der Konstruktion von Teilen aus diesen Legierungen eine Reihe von Anforderungen berücksichtigt werden ( höhere Qualität Oberflächen, Vergrößerung der Übergangsradien von einem Abschnitt zum anderen etc.), ähnlich wie sie bei der Verwendung von hochfesten Stählen bestehen.

- Element 4 der Gruppe 4 der Periode. Das Übergangsmetall weist sowohl basische als auch saure Eigenschaften auf, ist in der Natur weit verbreitet - Platz 10. Am interessantesten für nationale Wirtschaft ist eine Kombination aus hoher Metallhärte und Leichtigkeit, die es zu einem unverzichtbaren Element für die Flugzeugindustrie macht. Dieser Artikel informiert Sie über die Markierung, Legierung und andere Eigenschaften von Titanmetall, gibt eine allgemeine Beschreibung und interessante Faktenüber ihn.

Im Aussehen ähnelt das Metall am meisten Stahl, aber seine mechanischen Eigenschaften sind höher. Gleichzeitig zeichnet sich Titan durch sein geringes Gewicht aus - Molekulargewicht 22. Die physikalischen Eigenschaften des Elements wurden recht gut untersucht, hängen jedoch stark von der Reinheit des Metalls ab, was zu erheblichen Abweichungen führt.

Darüber hinaus ist es spezifisch Chemische Eigenschaften. Titan ist beständig gegen Alkalien, Salpetersäure und interagiert gleichzeitig heftig mit trockenen Halogenen und bei höheren Temperaturen mit Sauerstoff und Stickstoff. Schlimmer noch, es beginnt bereits bei Raumtemperatur Wasserstoff zu absorbieren, wenn eine aktive Oberfläche vorhanden ist. Und in der Schmelze nimmt es Sauerstoff und Wasserstoff so intensiv auf, dass das Schmelzen im Vakuum erfolgen muss.

Noch eine wichtiges Merkmal, die die physikalischen Eigenschaften bestimmt - die Existenz von 2 Phasen des Staates.

• Niedrige Temperatur- α-Ti hat ein hexagonal dicht gepacktes Gitter, die Dichte der Substanz beträgt 4,55 g / cu. cm (bei 20 C).
• hohe Temperatur- β-Ti zeichnet sich durch ein kubisch-raumzentriertes Gitter aus, die Phasendichte ist jeweils geringer - 4,32 g / cu. siehe (bei 900C).

Phasenübergangstemperatur - 883 C.

Unter normalen Bedingungen ist das Metall mit einem schützenden Oxidfilm bedeckt. In seiner Abwesenheit ist Titan eine große Gefahr. Titanstaub kann also explodieren, die Temperatur eines solchen Blitzes beträgt 400 ° C. Titanspäne sind ein brandgefährliches Material und werden in einer speziellen Umgebung gelagert.

Das folgende Video erzählt von der Struktur und den Eigenschaften von Titan:

Eigenschaften und Eigenschaften von Titan

Titan ist bei weitem das stärkste unter allen existierenden technische Materialien, daher wird es trotz der Komplexität der Beschaffung und der hohen Sicherheitsanforderungen für ziemlich weit verbreitet verwendet. Die physikalischen Eigenschaften des Elements sind eher ungewöhnlich, hängen aber stark von der Reinheit ab. So werden Reintitan und Legierungen aktiv in der Raketen- und Flugzeugindustrie eingesetzt, während technisches Titan ungeeignet ist, da es bei hohen Temperaturen durch Verunreinigungen an Festigkeit verliert.

Metalldichte

Die Dichte eines Stoffes variiert mit Temperatur und Phase.

• Bei Temperaturen von 0 bis zum Schmelzpunkt nimmt es von 4,51 auf 4,26 g / cu ab. cm, und während des Phasenübergangs erhöhen Sie ihn um 0,15 % und verringern ihn dann wieder.
• Die Dichte des flüssigen Metalls beträgt 4,12 g/cu. cm und nimmt dann mit steigender Temperatur ab.

Schmelz- und Siedepunkte

Der Phasenübergang trennt alle Eigenschaften des Metalls in Qualitäten, die die α- und β-Phase aufweisen können. Die Dichte bis 883 ° C bezieht sich also auf die Eigenschaften der α-Phase und die Schmelz- und Siedepunkte auf die Parameter der β-Phase.

• Der Schmelzpunkt von Titan (in Grad) beträgt 1668 +/- 5 ° C;
• Der Siedepunkt erreicht 3227 C.

Die Verbrennung von Titan wird in diesem Video besprochen:

Mechanische Eigenschaften

Titan ist etwa 2-mal stärker als Eisen und 6-mal stärker als Aluminium, was es zu einem so wertvollen Konstruktionsmaterial macht. Die Exponenten beziehen sich auf die Eigenschaften der α-Phase.

• Die Zugfestigkeit des Stoffes beträgt 300–450 MPa. Der Indikator kann durch Hinzufügen einiger Elemente sowie durch Rückgriff auf 2000 MPa erhöht werden spezielle Verarbeitung- Verhärtung und Alterung.

Interessanterweise behält Titan selbst bei niedrigsten Temperaturen eine hohe spezifische Festigkeit. Darüber hinaus nimmt die Biegefestigkeit mit abnehmender Temperatur zu: Bei +20 ° C beträgt der Indikator 700 MPa und bei -196 - 1100 MPa.

• Die Elastizität des Metalls ist relativ gering, was ein wesentlicher Nachteil des Stoffes ist. Elastizitätsmodul unter Normalbedingungen 110,25 GPa. Darüber hinaus zeichnet sich Titan durch Anisotropie aus: Die Elastizität in verschiedene Richtungen erreicht unterschiedliche Werte.
• Die Härte der Substanz auf der HB-Skala beträgt 103. Darüber hinaus wird dieser Indikator gemittelt. Je nach Reinheit des Metalls und Art der Verunreinigungen kann die Härte höher sein.
• Die bedingte Streckgrenze beträgt 250–380 MPa. Je höher dieser Indikator ist, desto besser halten die Produkte der Substanz Belastungen stand und desto verschleißfester sind sie. Der Index von Titan übersteigt den von Aluminium um das 18-fache.

Im Vergleich zu anderen Metallen mit dem gleichen Gitter hat das Metall eine sehr gute Duktilität und Formbarkeit.

Wärmekapazität

Das Metall zeichnet sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus und wird daher in den relevanten Bereichen - beispielsweise bei der Herstellung von Thermoelektroden - nicht verwendet.

• Seine Wärmeleitfähigkeit beträgt 16,76 l, W / (m × Grad). Das ist 4-mal weniger als Eisen und 12-mal weniger als Eisen.
• Aber der Wärmeausdehnungskoeffizient von Titan ist vernachlässigbar normale Temperatur und nimmt mit steigender Temperatur zu.
• Die Wärmekapazität des Metalls beträgt 0,523 kJ/(kg·K).

Elektrische Eigenschaften

Wie so oft führt eine geringe Wärmeleitfähigkeit zu einer geringen elektrischen Leitfähigkeit.

• Der elektrische Widerstand des Metalls ist sehr hoch – 42,1·10 –6 Ohm·cm unter normalen Bedingungen. Wenn wir die Leitfähigkeit von Silber als 100 % betrachten, dann beträgt die Leitfähigkeit von Titan 3,8 %.
• Titan ist ein Paramagnet, das heißt, es kann nicht wie Eisen im Feld magnetisiert, aber auch aus dem Feld herausgedrückt werden, da dies nicht der Fall ist. Diese Eigenschaft nimmt mit abnehmender Temperatur linear ab, nimmt aber nach Durchlaufen des Minimums etwas zu. Die spezifische magnetische Suszeptibilität beträgt 3,2 10 -6 G -1 . Zu beachten ist, dass sowohl die Suszeptibilität als auch die Elastizität eine Anisotropie bilden und sich richtungsabhängig ändern.

Bei einer Temperatur von 3,8 K wird Titan zum Supraleiter.

Korrosionsbeständigkeit

Unter normalen Bedingungen hat Titan sehr hohe Korrosionsschutzeigenschaften. An der Luft ist es mit einer 5–15 Mikrometer dicken Titanoxidschicht bedeckt, die eine hervorragende chemische Trägheit bietet. Das Metall korrodiert nicht in Luft, Seeluft, Meerwasser, feuchtem Chlor, Chlorwasser und zahlreichen anderen technologischen Lösungen und Reagenzien, was das Material in der Chemie-, Papier- und Ölindustrie unverzichtbar macht.

Bei einer Temperaturerhöhung oder einem starken Schleifen des Metalls ändert sich das Bild dramatisch. Das Metall reagiert mit fast allen Gasen, aus denen die Atmosphäre besteht, und nimmt sie im flüssigen Zustand auch auf.

Sicherheit

Titan ist eines der biologisch inertsten Metalle. In der Medizin wird es zur Herstellung von Prothesen verwendet, da es korrosionsbeständig, leicht und langlebig ist.

Titandioxid ist nicht so sicher, obwohl es viel häufiger verwendet wird - in der Kosmetik, Nahrungsmittelindustrie, Zum Beispiel. Laut einigen Berichten – UCLA, Forschung von Professor für Pathologie Robert Shistle – beeinflussen Titandioxid-Nanopartikel den genetischen Apparat und können zur Entstehung von Krebs beitragen. Darüber hinaus dringt die Substanz nicht durch die Haut ein, sodass die Verwendung von Sonnenschutzmitteln, die Kohlendioxid enthalten, keine Gefahr darstellt, sondern die Substanz, die in den Körper gelangt - mit Lebensmittelfarbe, biologische Nahrungsergänzungsmittel, können gefährlich sein.

Titan ist ein einzigartig starkes, hartes und leichtes Metall mit sehr interessanten chemischen und physikalische Eigenschaften. Diese Kombination ist so wertvoll, dass selbst die Schwierigkeiten beim Schmelzen und Raffinieren von Titan die Hersteller nicht aufhalten.

In diesem Video erfahren Sie, wie Sie Titan von Stahl unterscheiden können:

Titan- leicht langlebiges Metall Silbrig Weiß. Es existiert in zwei kristallinen Modifikationen: α-Ti mit einem hexagonal dicht gepackten Gitter, β-Ti mit einer kubisch raumzentrierten Packung, die polymorphe Umwandlungstemperatur α↔β beträgt 883 ° C. Titan und Titanlegierungen vereinen Leichtigkeit, Festigkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit, geringer Wärmeausdehnungskoeffizient, die Fähigkeit, in einem weiten Temperaturbereich zu arbeiten.

Siehe auch:

STRUKTUR

Titan hat zwei allotrope Modifikationen. Die Tieftemperaturmodifikation, die bis 882 °C existiert, hat ein hexagonal dicht gepacktes Gitter mit den Perioden a = 0,296 nm und c = 0,472 nm. Die Hochtemperaturmodifikation hat ein raumzentriertes Würfelgitter mit einer Periode a = 0,332 nm.
Die polymorphe Umwandlung (882 °C) erfolgt bei langsamer Abkühlung nach dem normalen Mechanismus unter Bildung gleichachsiger Körner und bei schneller Abkühlung nach dem martensitischen Mechanismus unter Bildung eines nadelförmigen Gefüges.
Titan hat aufgrund des schützenden Oxidfilms auf seiner Oberfläche eine hohe Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit. Es korrodiert nicht in Süß- und Meerwasser, Mineralsäuren, Königswasser etc.

EIGENSCHAFTEN

Schmelzpunkt 1671 °C, Siedepunkt 3260 °C, Dichte von α-Ti und β-Ti beträgt 4,505 (20 °C) bzw. 4,32 (900 °C) g/cm³, Atomdichte 5,71×1022 at/cm³. Kunststoff, in einer inerten Atmosphäre geschweißt.
In der Industrie verwendetes technisches Titan enthält Sauerstoff-, Stickstoff-, Eisen-, Silizium- und Kohlenstoffverunreinigungen, die seine Festigkeit erhöhen, die Duktilität verringern und die Temperatur der polymorphen Umwandlung beeinflussen, die im Bereich von 865-920 °C auftritt. Für die technischen Titansorten VT1-00 und VT1-0 beträgt die Dichte etwa 4,32 g/cm 3 , die Zugfestigkeit 300–550 MN/m 2 (30–55 kgf/mm 2 ), die relative Dehnung nicht weniger als 25 %, die Brinell-Härte 1150 – 1650 MN / m 2 (115-165 kgf / mm 2). Es ist paramagnetisch. Die Konfiguration der äußeren Elektronenhülle des Ti 3d24s2-Atoms.

Es hat eine hohe Viskosität, bei mechanischer Verarbeitung neigt es zum Verkleben Schneidewerkzeug, und erfordert daher das Aufbringen spezieller Beschichtungen auf das Werkzeug, verschiedene Schmiermittel.

Bei normaler Temperatur ist es mit einem schützenden Passivierungsfilm aus TiO 2 -Oxid bedeckt, wodurch es in den meisten Umgebungen (außer alkalisch) korrosionsbeständig ist. Titanstaub neigt zur Explosion. Flammpunkt 400 °C.

RESERVEN UND PRODUKTION

Die wichtigsten Erze: Ilmenit (FeTiO 3), Rutil (TiO 2), Titanit (CaTiSiO 5).

Im Jahr 2002 wurden 90 % des abgebauten Titans zur Herstellung von Titandioxid TiO 2 verwendet. Die Weltproduktion von Titandioxid betrug 4,5 Millionen Tonnen pro Jahr. Die bestätigten Reserven an Titandioxid (ohne Russland) betragen etwa 800 Mio. t. Für das Jahr 2006 belaufen sich laut US Geological Survey in Bezug auf Titandioxid und ohne Russland die Reserven an Ilmenit-Erzen auf 603-673 Mio. t und Rutil - 49,7 - 52,7 Mio. t. Damit reichen die nachgewiesenen Titanvorräte der Welt (ohne Russland) bei der derzeitigen Produktionsrate für mehr als 150 Jahre.

Russland verfügt nach China über die zweitgrößten Titanvorkommen der Welt. Die Mineralressourcenbasis von Titan in Russland besteht aus 20 Lagerstätten (davon 11 primäre und 9 alluviale), die ziemlich gleichmäßig über das Land verteilt sind. Die größte der erkundeten Lagerstätten befindet sich 25 km von der Stadt Uchta (Republik Komi) entfernt. Die Reserven der Lagerstätte werden auf 2 Milliarden Tonnen geschätzt.

Das Konzentrat aus Titanerzen wird einer Schwefelsäure- oder pyrometallurgischen Verarbeitung unterzogen. Das Produkt der Schwefelsäurebehandlung ist Titandioxidpulver TiO 2 . Unter Verwendung des pyrometallurgischen Verfahrens wird das Erz mit Koks gesintert und mit Chlor behandelt, wodurch Titantetrachloriddämpfe bei 850 ° C erhalten und mit Magnesium reduziert werden.

Der entstehende Titanschwamm wird eingeschmolzen und gereinigt. Ilmenitkonzentrate werden in Elektrolichtbogenöfen mit anschließender Chlorierung der entstehenden Titanschlacken reduziert.

URSPRUNG

Titan ist das zehnthäufigste in der Natur. Gehalt in der Erdkruste - 0,57 Gew.-%, im Meerwasser - 0,001 mg / l. 300 g/t in ultrabasischen Gesteinen, 9 kg/t in basischen Gesteinen, 2,3 kg/t in sauren Gesteinen, 4,5 kg/t in Tonen und Schiefern. In der Erdkruste ist Titan fast immer vierwertig und kommt nur in Sauerstoffverbindungen vor. Es kommt nicht in freier Form vor. Titan hat unter Witterungs- und Niederschlagsbedingungen eine geochemische Affinität zu Al 2 O 3 . Es ist in Bauxiten der Verwitterungskruste und in marinen Tonsedimenten angereichert.
Die Übertragung von Titan erfolgt in Form von mechanischen Bruchstücken von Mineralien und in Form von Kolloiden. In manchen Tonen reichern sich bis zu 30 Gew.-% TiO 2 an. Titanmineralien sind witterungsbeständig und bilden große Konzentrationen in Seifen. Mehr als 100 titanhaltige Mineralien sind bekannt. Die wichtigsten davon sind: Rutil TiO 2 , Ilmenit FeTiO 3 , Titanomagnetit FeTiO 3 + Fe3O 4 , Perowskit CaTiO 3 , Titanit CaTiSiO 5 . Es gibt primäre Titanerze - Ilmenit-Titanmagnetit und Placer - Rutil-Ilmenit-Zirkon.
Titanvorkommen befinden sich in Südafrika, Russland, der Ukraine, China, Japan, Australien, Indien, Ceylon, Brasilien, Südkorea, Kasachstan. In den GUS-Staaten nehmen die Russische Föderation (58,5 %) und die Ukraine (40,2 %) die führende Position in Bezug auf die erkundeten Reserven von Titanerzen ein.

ANWENDUNG

Titanlegierungen spielen große Rolle in der Luftfahrttechnik, wo es darum geht, das leichteste Design in Kombination mit der erforderlichen Festigkeit zu erreichen. Titan ist im Vergleich zu anderen Metallen leicht, kann aber gleichzeitig bei hohen Temperaturen arbeiten. Titanlegierungen werden zur Herstellung von Haut, Befestigungsteilen, einem Antriebssatz, Fahrwerksteilen und verschiedenen Einheiten verwendet. Diese Materialien werden auch beim Bau von Flugzeugstrahltriebwerken verwendet. Dadurch können Sie ihr Gewicht um 10-25% reduzieren. Titanlegierungen werden zur Herstellung von Verdichterscheiben und -schaufeln, Luftansaug- und Leitschaufelteilen sowie Befestigungselementen verwendet.

Titan und seine Legierungen werden auch in der Raketenwissenschaft verwendet. Angesichts des kurzzeitigen Betriebs der Triebwerke und des schnellen Durchgangs dichter Atmosphärenschichten in der Raketenwissenschaft sind die Probleme der Dauerfestigkeit, der Standfestigkeit und teilweise des Kriechens weitgehend beseitigt.

Technisches Titan ist aufgrund zu geringer Hitzebeständigkeit nicht für den Einsatz in der Luftfahrt geeignet, aufgrund seiner außergewöhnlich hohen Korrosionsbeständigkeit jedoch teilweise in der chemischen Industrie und im Schiffsbau unverzichtbar. So wird es bei der Herstellung von Kompressoren und Pumpen zum Pumpen von aggressiven Medien wie Schwefel- und Salzsäure und deren Salzen, Rohrleitungen, Ventilen, Autoklaven, verschiedenen Behältern, Filtern usw. verwendet. Nur Titan ist in Umgebungen wie nassem Chlor, wässrigen und sauren Chlorlösungen korrosionsbeständig, daher werden Geräte für die Chlorindustrie aus diesem Metall hergestellt. Titan wird zur Herstellung von Wärmetauschern verwendet, die in korrosiven Umgebungen wie Salpetersäure (nicht rauchend) betrieben werden. Im Schiffbau wird Titan zur Herstellung von Propellern, Schiffspanzerungen, U-Booten, Torpedos usw. verwendet. Schalen haften nicht an Titan und seinen Legierungen, die den Widerstand des Schiffes bei Bewegung stark erhöhen.

Titanlegierungen sind für die Verwendung in vielen anderen Anwendungen vielversprechend, aber ihre Verwendung in der Technologie wird durch die hohen Kosten und die Knappheit von Titan eingeschränkt.

Titan - Ti

EINSTUFUNG

Strunz (8. Auflage)	1/A.06-05
Dana (7. Auflage)	1.1.36.1
Nickel-Strunz (10. Auflage)	1.AB.05

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Die Wärmeleitfähigkeit von Titan beträgt - 14 0 W / m Grad, was etwas niedriger ist als die Wärmeleitfähigkeit von legiertem Stahl. Das Material ist gut geschmiedet, gestanzt, bearbeitet. Titanprodukte werden mit einer Wolframelektrode in einer schützenden Argonatmosphäre geschweißt. BEIM In letzter Zeit Titan wird zur Herstellung einer breiten Palette von Rohren, Blechen und Walzprodukten verwendet.

Die Wärmeleitfähigkeit von Titan ist gering – etwa 13-mal geringer als bei Aluminium und 4-4-mal geringer als bei Eisen.

Die Wärmeleitfähigkeit von Titan liegt nahe an der von Edelstahl und beträgt 14 kcal/m C Stunde. Titan ist gut geschmiedet, gestanzt und zufriedenstellend bearbeitet. Bei Temperaturen über 200 C neigt es zur Aufnahme von Gasen. Titan wird mit einer Wolframelektrode in einer schützenden Argonatmosphäre verschweißt.

Die Wärmeleitfähigkeit von Titan und seinen Legierungen ist etwa 15-mal geringer als die von Aluminium und 35-5-mal geringer als die von Stahl. Auch der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von Titan ist deutlich geringer als der von Aluminium und Edelstahl.

Die Wärmeleitfähigkeit von Titan beträgt - 14 0 W / (m - K), was etwas niedriger ist als die Wärmeleitfähigkeit von legiertem Stahl. Das Material ist gut geschmiedet, gestanzt, bearbeitet. Titanprodukte werden mit einer Wolframelektrode in einer schützenden Argonatmosphäre geschweißt. In letzter Zeit wird Titan für die Herstellung einer breiten Palette von Rohren, Blechen und Walzprodukten verwendet.

Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Titan im Betriebstemperaturbereich (20 - 400 ° C) beträgt 0,057 - 0,055 cal / (cm-s - C), was etwa 3-mal geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit von Eisen, 16-mal geringer als die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und in der Nähe der Wärmeleitfähigkeit von austenitischen Edelstählen.

Daher ist beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit von Titan 8 - 10 mal geringer als die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium.

Die berechneten Werte der Phononen-Wärmeleitfähigkeit von Titan stimmen mit der in der Arbeit vorgenommenen Schätzung dieses Werts überein, wo sie gleich 3 -: - 5 W / m-Grad genommen wird.

Beim Legieren sowie bei zunehmendem Gehalt an Verunreinigungen nimmt die Wärmeleitfähigkeit von Titan in der Regel ab. Beim Erhitzen steigt die Wärmeleitfähigkeit von Legierungen wie reinem Titan; bereits bei 500 - 600 C nähert es sich der Wärmeleitfähigkeit von unlegiertem Titan an.

Der Elastizitätsmodul von Titan ist fast halb so hoch wie der von Eisen, liegt auf dem gleichen Niveau wie der von Kupferlegierungen und ist deutlich höher als der von Aluminium. Die Wärmeleitfähigkeit von Titan ist gering: Sie beträgt etwa 7 % der Wärmeleitfähigkeit von Aluminium und 165 % der Wärmeleitfähigkeit von Eisen. Dies muss beim Erhitzen von Metall zum Umformen und Schweißen berücksichtigt werden. Der elektrische Widerstand von Titan ist etwa 6-mal größer als der von Eisen und 20-mal größer als der von Aluminium.

Zunächst muss berücksichtigt werden, dass die Wärmeleitfähigkeit von Titan und seinen Legierungen bei tiefen Temperaturen sehr gering ist. Bei Raumtemperatur beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Titan ca. 3 % der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und ist damit um ein Vielfaches geringer als beispielsweise die von Stählen (die Wärmeleitfähigkeit von Titan beträgt 0,0367 cal/cm s C, und die thermische Die Leitfähigkeit von Stahl 40 beträgt 0,142 cal. Mit steigender Temperatur steigt die Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen und nähert sich der Wärmeleitfähigkeit von Stählen an aus den Aufheiz- und Abkühlraten von Reintitan (Legierung VT1) mit einem Querschnitt von 150 mm (Abb.

Titan hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit, die 13-mal geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium und 4-mal geringer als die Wärmeleitfähigkeit von Eisen. Mit steigender Temperatur nimmt die Wärmeleitfähigkeit von Titan etwas ab und beträgt bei 700 C 0,0309 cal/cm sec SS.

Titan hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit, die 13-mal geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium und 4-mal geringer als die Wärmeleitfähigkeit von Eisen. Mit steigender Temperatur nimmt die Wärmeleitfähigkeit von Titan etwas ab und beträgt bei 700 C 0,0309 cal/cm sec C.

Um beim Schmelzschweißen eine qualitativ hochwertige Verbindung zu erhalten, ist ein zuverlässiger Schutz vor atmosphärischen Gasen (O2, Nj, H2) des auf eine Temperatur von über 400 C erhitzten Metalls der Schweißverbindung auf beiden Seiten der Schweißnaht erforderlich. Das Kornwachstum wird durch die geringe Wärmeleitfähigkeit von Titan verstärkt, was die Verweilzeit des Schweißguts bei hohen Temperaturen erhöht. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird mit möglichst geringer Wärmezufuhr geschweißt.