Titano metalas. Titano savybės. Titano naudojimas. Titano rūšys ir cheminė sudėtis

Vienas iš labiausiai paplitusių elementų žemėje yra titanas. Remiantis tyrimų rezultatais, ji užima 4 vietą pagal paplitimą, užleisdama pirmaujančias pozicijas aliuminiui, geležiui ir magniui. Nepaisant tokio plataus paplitimo, titanas pramonėje pradėtas naudoti tik XX amžiuje. Titano lydiniai padarė didelę įtaką raketų ir aviacijos plėtrai, kuri yra susijusi su mažo tankio ir didelio specifinio stiprumo deriniu, taip pat atsparumu korozijai. Išsamiau apsvarstykime visas šios medžiagos savybes.

Bendrosios titano ir jo lydinių charakteristikos

Būtent pagrindinės mechaninės titano lydinių savybės lemia platų jų pasiskirstymą. Jei nekreipiate dėmesio į cheminę sudėtį, visus titano lydinius galima apibūdinti taip:

1. Aukštas atsparumas korozijai. Daugumos metalų trūkumas yra tas, kad esant didelei drėgmei, paviršiuje susidaro korozija, kuri ne tik pablogina medžiagos išvaizdą, bet ir sumažina jos pagrindines savybes. Titanas yra mažiau jautrus drėgmei nei geležis.
2. Atsparumas šalčiui. Per žema temperatūra žymiai sumažina titano lydinių mechanines savybes. Dažnai galima susidurti su situacija, kai darbas žemoje temperatūroje žymiai padidina trapumą. Titanas gana dažnai naudojamas kosminių laivų gamyboje.
3. Titanas ir titano lydiniai turi santykinai mažą tankį, o tai žymiai sumažina svorį. Lengvieji metalai plačiai naudojami įvairiose pramonės šakose, pavyzdžiui, lėktuvų statyboje, dangoraižių statyboje ir pan.
4. Didelis specifinis stiprumas ir mažas tankis yra retai derinamos savybės. Tačiau būtent dėl ​​šio derinio šiandien plačiausiai naudojami titano lydiniai.
5. Gaminamas slėgiu apdorojant lydinys dažnai naudojamas kaip presavimo ar kitokio apdorojimo ruošinys.
6. Reagavimo į magnetinio lauko poveikį trūkumas taip pat bus vadinamas priežastimi, kodėl nagrinėjami lydiniai yra plačiai naudojami. Dažnai galima susidurti su situacija, kai gaminamos konstrukcijos, kurių veikimo metu susidaro magnetinis laukas. Titano naudojimas pašalina ryšio galimybę.

Šie pagrindiniai titano lydinių pranašumai lėmė platų jų paplitimą. Tačiau, kaip minėta anksčiau, daug kas priklauso nuo konkrečios cheminės sudėties. Pavyzdžiu galima pavadinti tai, kad kietumas kinta priklausomai nuo to, kokios medžiagos naudojamos legiravimui.

Svarbu, kad lydymosi temperatūra siektų 1700 laipsnių Celsijaus. Dėl to kompozicijos atsparumas karščiui žymiai padidėja, tačiau apdorojimo procesas taip pat yra sudėtingas.

Titano lydinių tipai

Titano lydinių klasifikacija grindžiama gana daugybe charakteristikų. Visus lydinius galima suskirstyti į keletą pagrindinių grupių:

1. Didelio stiprumo ir struktūriniai – tvirti titano lydiniai, kurie taip pat turi gana didelį plastiškumą. Dėl šios priežasties jie gali būti naudojami gaminant dalis, kurioms taikomos kintamos apkrovos.
2. Karščiui atsparūs mažo tankio lydiniai naudojami kaip pigesnė alternatyva karščiui atspariems nikelio lydiniams, atsižvelgiant į tam tikrą temperatūros diapazoną. Tokio titano lydinio stiprumas gali skirtis gana plačiame diapazone, priklausomai nuo konkrečios cheminės sudėties.
3. Titano lydiniai, kurių pagrindą sudaro cheminis junginys, turi aukštai temperatūrai atsparią struktūrą ir mažą tankį. Dėl ženkliai sumažėjusio tankio sumažėja ir svoris, o atsparumas karščiui leidžia medžiagą panaudoti orlaivių gamyboje. Be to, su tokiu prekės ženklu taip pat siejamas didelis plastiškumas.

Titano lydinių ženklinimas atliekamas pagal tam tikras taisykles, kurios leidžia nustatyti visų elementų koncentraciją. Pažvelkime atidžiau į kai kuriuos dažniausiai pasitaikančius titano lydinių tipus.

Atsižvelgiant į dažniausiai pasitaikančias titano lydinių rūšis, reikėtų atkreipti dėmesį į VT1-00 ir VT1-0. Jie priklauso techninių titanų klasei. Šio titano lydinio sudėtyje yra gana daug įvairių priemaišų, kurios lemia stiprumo sumažėjimą. Tačiau dėl sumažėjusio stiprumo plastiškumas žymiai padidėja. Aukštas technologinis plastiškumas lemia, kad techninį titaną galima gauti net ir gaminant foliją.

Labai dažnai nagrinėjama lydinio sudėtis yra šaltai apdorojama. Dėl to padidėja stiprumas, tačiau žymiai sumažėja plastiškumas. Daugelis ekspertų mano, kad svarstomo apdorojimo metodo negalima pavadinti geriausiu, nes jis neturi sudėtingo teigiamo poveikio pagrindinėms medžiagos savybėms.

Lydinys VT5 yra gana dažnas, jam būdingas tik aliuminio kaip legiravimo elemento naudojimas. Svarbu pažymėti, kad būtent aliuminis laikomas labiausiai paplitusiu titano lydinių legiravimo elementu. Taip yra dėl toliau nurodytų punktų:

1. Aliuminio naudojimas gali žymiai padidinti elastingumo modulius.
2. Aliuminis taip pat leidžia padidinti atsparumo karščiui vertę.
3. Šis metalas yra vienas iš labiausiai paplitusių tokio tipo metalų, dėl kurio žymiai sumažėja gautos medžiagos kaina.
4. Vandenilio trapumo indeksas yra sumažintas.
5. Aliuminio tankis yra mažesnis nei titano, todėl nagrinėjamos legiruojančios medžiagos įvedimas gali žymiai padidinti specifinį stiprumą.

Kai karšta, VT5 yra gerai padirbtas, valcuojamas ir štampuojamas. Štai kodėl jis gana dažnai naudojamas kalimui, valcavimui ar štampavimui. Tokia konstrukcija gali atlaikyti ne didesnį kaip 400 laipsnių Celsijaus smūgį.

Titano lydinys VT22 gali turėti labai skirtingą struktūrą, kuri priklauso nuo cheminės sudėties. Medžiagos eksploatacinės savybės apima šiuos dalykus:

1. Aukštas technologinis plastiškumas karšto slėgio apdorojimo metu.
2. Jis naudojamas strypų, vamzdžių, plokščių, štampų, profilių gamybai.
3. Suvirinimui gali būti naudojami visi dažniausiai naudojami metodai.
4. Svarbus dalykas yra tai, kad pasibaigus suvirinimo procesui rekomenduojama atlikti atkaitinimą, dėl kurio žymiai padidėja gautos suvirinimo mechaninės savybės.

VT22 titano lydinio našumą galima žymiai pagerinti naudojant sudėtingą atkaitinimo technologiją. Jame numatytas kaitinimas iki aukštos temperatūros ir palaikymas kelias valandas, po to krosnyje atliekamas etapinis aušinimas, taip pat ir ilgą laiką. Po aukštos kokybės atkaitinimo lydinys yra tinkamas gaminti labai apkrautas dalis ir konstrukcijas, kurios gali įkaisti iki daugiau nei 350 laipsnių Celsijaus. Pavyzdžiui, fiuzeliažas, sparnas, valdymo sistema arba tvirtinimo detalės.

Šiandien titano lydinys VT6 plačiai naudojamas užsienyje. Tokio titano lydinio paskirtis – pagaminti cilindrus, galinčius veikti esant aukštam slėgiui. Be to, remiantis atliktų tyrimų rezultatais, 50% atvejų aviacijos ir kosmoso pramonėje naudojamas titano lydinys, kuris pagal savo eksploatacines savybes ir sudėtį atitinka VT6. GOST standartas šiandien praktiškai nenaudojamas užsienyje titanui ir daugeliui kitų lydinių žymėti, į kuriuos reikėtų atsižvelgti. Pažymėjimui naudojamas jo unikalus žymėjimas.

VT6 pasižymi išskirtinėmis savybėmis dėl to, kad į kompoziciją taip pat pridedama vanadžio. Šis legiravimo elementas pasižymi tuo, kad padidina ne tik stiprumą, bet ir plastiškumą.

Karštas šis lydinys gerai deformuojasi, o tai taip pat gali būti vadinama teigiama kokybe. Jį naudojant gaunami vamzdžiai, įvairūs profiliai, plokštės, lakštai, štampavimas ir daug kitų ruošinių. Suvirinimui gali būti naudojami visi šiuolaikiniai metodai, o tai taip pat žymiai išplečia nagrinėjamo titano lydinio taikymo sritį. Siekiant pagerinti našumą, taip pat atliekamas terminis apdorojimas, pavyzdžiui, atkaitinimas arba gesinimas. Ilgą laiką atkaitinimas buvo atliekamas ne aukštesnėje kaip 800 laipsnių Celsijaus temperatūroje, tačiau atliktų tyrimų rezultatai rodo, kad tikslinga rodiklį padidinti iki 950 laipsnių Celsijaus. Siekiant padidinti atsparumą korozijai, dažnai atliekamas dvigubas atkaitinimas.

Taip pat plačiai naudojamas VT8 lydinys. Palyginti su ankstesniu, jis turi didesnę stiprumą ir karščiui atsparias savybes. Jie sugebėjo pasiekti unikalų našumą, į kompoziciją įdėję daug aliuminio ir silicio. Reikėtų nepamiršti, kad maksimali temperatūra, kurioje galima eksploatuoti šį titano lydinį, yra apie 480 laipsnių Celsijaus. Šios kompozicijos variantas gali būti vadinamas VT8-1. Pagrindinės jo veikimo charakteristikos yra šios:

1. Aukštas terminis stabilumas.
2. Maža konstrukcijos įtrūkimų tikimybė dėl stiprių jungčių.
3. Gaminamas, kai atliekamos įvairios apdorojimo procedūros, pavyzdžiui, šaltasis štampavimas.
4. Didelis lankstumas kartu su padidintu stiprumu.

Norint žymiai pagerinti našumą, dažnai atliekamas dvigubas izoterminis atkaitinimas. Dažniausiai šis titano lydinys naudojamas kaltinių, tvenkinių, įvairių plokščių, štampavimo ir kitų ruošinių gamyboje. Tačiau reikia nepamiršti, kad kompozicijos ypatumai neleidžia suvirinti.

Titano lydinių taikymas

Atsižvelgdami į titano lydinių taikymo sritis, pastebime, kad dauguma veislių yra naudojamos aviacijos ir raketų gamybos sferose, taip pat jūrų laivų gamyboje. Orlaivių variklių detalių gamybai kiti metalai netinka dėl to, kad kaitinami iki sąlyginai žemos temperatūros jie pradeda tirpti, dėl to deformuojasi konstrukcija. Taip pat elementų svorio padidėjimas tampa efektyvumo praradimo priežastimi.

Titano lydinių taikymas medicinoje

Gamyboje pritaikysime medžiagą:

1. Vamzdynai naudojami įvairioms medžiagoms tiekti.
2. Uždarymo vožtuvai.
3. Vožtuvai ir kiti panašūs gaminiai, naudojami agresyvioje cheminėje aplinkoje.
4. Lėktuvų konstrukcijoje lydinys naudojamas odai, įvairioms tvirtinimo detalėms, važiuoklės dalims, maitinimo blokams ir kitiems agregatams gauti. Kaip rodo atliktų tyrimų rezultatai, įvedus tokią medžiagą svoris sumažėja apie 10-25%.
5. Kita taikymo sritis yra raketos. Trumpalaikis variklio veikimas, judėjimas dideliu greičiu ir patekimas į tankius sluoksnius tampa priežastimi, kodėl konstrukcija patiria didelių apkrovų, kurios negali atlaikyti visų medžiagų.
6. Chemijos pramonėje titano lydinys naudojamas dėl to, kad jis nereaguoja į įvairių medžiagų poveikį.
7. Laivų statyboje titanas yra geras, nes nereaguoja į sūraus vandens poveikį.

Apskritai galime pasakyti, kad titano lydinių taikymo sritis yra labai plati. Šiuo atveju atliekamas legiravimas, dėl kurio žymiai padidėja pagrindinės medžiagos eksploatacinės savybės.

Titano lydinių terminis apdorojimas

Siekiant pagerinti eksploatacines savybes, atliekamas terminis titano lydinių apdorojimas. Šis procesas gerokai apsunkinamas dėl to, kad paviršinio sluoksnio kristalinės gardelės persitvarkymas vyksta aukštesnėje nei 500 laipsnių Celsijaus temperatūroje. VT5 ir VT6-C lydiniams dažnai atliekamas atkaitinimas. Laikymo laikas gali labai skirtis, priklausomai nuo ruošinio storio ir kitų linijinių matmenų.

Iš VT14 pagamintos dalys naudojimo metu turi atlaikyti iki 400 laipsnių Celsijaus temperatūrą. Štai kodėl terminis apdorojimas susijęs su kietėjimu ir senėjimu. Tuo pačiu metu gesinant reikia pašildyti terpę iki maždaug 900 laipsnių Celsijaus temperatūros, o senėjimas apima 500 laipsnių Celsijaus temperatūros poveikį ilgiau nei 12 valandų.

Indukcinio šildymo metodai leidžia atlikti įvairius terminio apdorojimo procesus. Pavyzdžiui, atkaitinimas, senėjimas, normalizavimas ir pan. Konkretūs terminio apdorojimo režimai parenkami priklausomai nuo to, kokias eksploatacines charakteristikas reikia pasiekti.

1metal.com Metalurgijos prekyvietė 1metal.com Trumpa informacija apie Ukrainos įmonių titaną ir jo lydinius metalo prekybos platformoje 1metal.com 4,6 žvaigždutės, remiantis 95

Titanas ir jo lydiniai

Titanas jis plačiai paplitęs žemės plutoje, kur jo yra apie 6 proc., o pagal paplitimą užima ketvirtą vietą po aliuminio, geležies ir magnio. Tačiau pramoninis jo gavybos metodas buvo sukurtas tik XX amžiaus 40-aisiais. Dėl pažangos orlaivių ir raketų srityje titano ir jo lydinių gamyba intensyviai vystėsi. Taip yra dėl tokių vertingų titano savybių, kaip mažas tankis, didelis savitasis stiprumas, derinys (s in / r × g), atsparumas korozijai, gaminamumas slėginio apdorojimo metu ir suvirinamumas, atsparumas šalčiui, nemagnetinės savybės ir daugybė kitų vertingų fizinių ir mechaninių savybių, išvardytų toliau.

Titano fizinių ir mechaninių savybių charakteristikos (VT1-00)

Tankis r, kg/m3	4,5 × 10 –3
Lydymosi temperatūra T pl , °C	1668 ± 4
Tiesinio plėtimosi koeficientas a × 10 –6, laipsnis –1	8,9
Šilumos laidumas l, W / (m × laipsnis)	16,76
Tempimo stipris s in, MPa	300–450
Sąlyginis takumo įtempis s 0,2 , MPa	250–380
Specifinis stiprumas (s in / r × g) × 10 –3, km	7–10
Pailgėjimas d, %	25–30
Santykinis susiaurėjimas Y, %	50–60
Normalus tamprumo modulis E' 10 –3, MPa	110,25
Šlyties modulis G' 10 –3, MPa	41
Puasono koeficientas m,	0,32
Kietumas HB	103
Smūgio stipris KCU, J/cm2	120

Titanas turi dvi polimorfines modifikacijas: titaną su šešiakampe sandaria gardele su taškais a= 0,296 nm, su= 0,472 nm ir aukštos temperatūros b-titano modifikacija su kubine kūno centre grotele su tašku a= 0,332 nm esant 900 ° C. Polimorfinės a "b transformacijos temperatūra yra 882 ° C.

Titano mechaninės savybės iš esmės priklauso nuo priemaišų kiekio metale. Yra intersticinių priemaišų – deguonies, azoto, anglies, vandenilio ir pakaitinių priemaišų, tarp kurių yra geležis ir silicis. Nors priemaišos padidina stiprumą, tuo pačiu smarkiai sumažina plastiškumą, o stipriausią neigiamą poveikį daro intersticinės priemaišos, ypač dujos. Įdėjus tik 0,003 % H, 0,02 % N arba 0,7 % O, titanas visiškai praranda gebėjimą plastiškai deformuotis ir suyra trapus.

Vandenilis ypač kenksmingas, sukeliantis vandenilio trapumas titano lydiniai. Vandenilis į metalą patenka lydymosi ir vėlesnio apdorojimo metu, ypač ėsdinant pusgaminius. Vandenilis blogai tirpsta a-titane ir sudaro lamelines hidrido daleles, kurios mažina kietumą ir yra ypač neigiamos atliekant uždelsto lūžio testus.

Pramoninis titano gamybos metodas susideda iš titano rūdos sodrinimo ir chlorinimo, po to redukuojant iš titano tetrachlorido metaliniu magniu (magnio terminis metodas). Gauta šiuo metodu titano kempinė(GOST 17746-79), priklausomai nuo cheminės sudėties ir mechaninių savybių, gaminami šie prekių ženklai:
TG-90, TG-100, TG-110, TG-120, TG-130, TG-150, TG-T B (žr. 17.1 lentelę). Skaičiai reiškia Brinelio kietumą HB, T B – kietumą.

Norint gauti monolitinį titaną, kempinė sumalama į miltelius, presuojama ir sukepinama arba perlydoma lankinėse krosnyse vakuume arba inertinių dujų atmosferoje.

Titano mechaninėms savybėms būdingas geras stiprumo ir lankstumo derinys. Pavyzdžiui, komerciškai gryno titano VT1-0 klasė turi: s v = 375–540 MPa, s 0,2 = 295–410 MPa, d ³ 20%, o pagal šias charakteristikas jis nenusileidžia daugeliui anglies ir Cr-Ni korozijai atsparių plienų.

Didelis titano lankstumas, palyginti su kitais metalais, turinčiais hcp gardelę (Zn, Mg, Cd), paaiškinamas dideliu slydimo ir dvynių sistemų skaičiumi dėl mažo santykio. su/a= 1,587. Matyt, tai susiję su dideliu titano ir jo lydinių atsparumu šalčiui (plačiau žr. 13 sk.).

Kai temperatūra pakyla iki 250 ° C, titano stiprumas sumažėja beveik 2 kartus. Tačiau karščiui atsparūs Ti lydiniai neturi lygių pagal specifinį stiprumą 300–600 ° С temperatūros diapazone; esant aukštesnei nei 600 ° C temperatūrai, titano lydiniai yra prastesni už lydinius, kurių pagrindą sudaro geležis ir nikelis.

Titanas turi mažą normalaus tamprumo modulį ( E= 110,25 GPa) - beveik 2 kartus mažiau nei geležies ir nikelio, o tai apsunkina standžių konstrukcijų gamybą.

Titanas yra vienas iš reaktyviųjų metalų, tačiau jis pasižymi dideliu atsparumu korozijai, nes ant jo paviršiaus susidaro stabili pasyvi TiO 2 plėvelė, kuri yra tvirtai surišta su netauriuoju metalu ir neleidžia jos tiesioginio kontakto su ėsdinančia terpe. Šios plėvelės storis paprastai siekia 5–6 nm.

Oksidinės plėvelės dėka titanas ir jo lydiniai nerūdija atmosferoje, gėlame ir jūros vandenyje, yra atsparūs kavitacinei korozijai ir įtempinei korozijai, taip pat organinės kilmės rūgštyse.

Gaminių iš titano ir jo lydinių gamyba pasižymi daugybe technologinių ypatybių. Dėl didelio išlydyto titano cheminio aktyvumo jo lydymas, liejimas ir lankinis suvirinimas atliekamas vakuume arba inertinių dujų atmosferoje.

Technologinio ir eksploatacinio šildymo metu, ypač aukštesnėje nei 550–600 °C temperatūroje, būtina imtis priemonių apsaugoti titaną nuo oksidacijos ir dujų prisotinimo (alfa sluoksnis) (žr. 3 sk.).

Titanas yra gerai slėgis, kai karštas, ir patenkinamas, kai šaltas. Jis lengvai valcuojamas, kaliamas, štampuojamas. Titanas ir jo lydiniai yra gerai suvirinami atsparumo ir argono lankinio suvirinimo būdu, todėl suvirintoji jungtis yra tvirta ir lankstesnė. Titano trūkumas yra blogas apdirbamumas dėl polinkio lipti, mažas šilumos laidumas ir prastos antifrikcinės savybės.

Pagrindinis titano lydinių legiravimo tikslas yra padidinti stiprumą, atsparumą karščiui ir atsparumą korozijai. Plačiai naudojami titano lydiniai su aliuminiu, chromu, molibdenu, vanadžiu, manganu, alavu ir kitais elementais. Legiravimo elementai turi didelę įtaką titano polimorfinėms transformacijoms.

17.1 lentelė

Titano kempinės rūšys, cheminė sudėtis (%) ir kietumas (GOST 17746-79)

	Ti, ne mažiau								Kietumas HB, 10/1500/30, ne daugiau

17.2 lentelė

Apdorotų titano lydinių rūšys ir cheminė sudėtis (%) (GOST 19807-91)

Pavadinimai antspaudai

Pastaba. Kitų priemaišų suma visuose lydiniuose yra 0,30%, lydinyje VT1-00 - 0,10%.

Titano lydinių struktūros formavimuisi ir atitinkamai savybėms lemiamos įtakos turi fazių transformacijos, susijusios su titano polimorfizmu. Fig. 17.1 parodytos „titano legiruotojo elemento“ būsenų diagramų diagramos, atspindinčios legiruojamųjų elementų suskirstymą pagal jų įtakos polimorfiniams titano virsmams pobūdį į keturias grupes.

a - Stabilizatoriai(Al, O, N), kurie padidina polimorfinės transformacijos a «b temperatūrą ir išplečia kietųjų tirpalų a-titano pagrindu asortimentą (17.1 pav. a). Atsižvelgiant į azoto ir deguonies trapumą, tik aliuminis turi praktinę reikšmę legiruojant titaną. Tai yra pagrindinis legiravimo elementas visuose pramoniniuose titano lydiniuose, mažina jų tankį ir polinkį į vandenilio trapumą, taip pat padidina jų stiprumą ir elastingumo modulį. Lydiniai su stabilia a -struktūra nėra sukietinami termiškai apdorojant.

Izomorfiniai b -stabilizatoriai (Mo, V, Ni, Ta ir kt.), kurie sumažina a «b -transformacijos temperatūrą ir išplečia kietųjų tirpalų, kurių pagrindas yra b-titano, sritį (17.1 pav., b).

Eutektoidus formuojantys b-stabilizatoriai (Cr, Mn, Cu ir kt.) su titanu gali sudaryti TiX tipo intermetalinius junginius. Šiuo atveju, aušinant, b-fazėje vyksta eutektoidinė transformacija b ® a + TiX (17.1 pav., v). Dauguma
b-stabilizatoriai padidina titano lydinių stiprumą, atsparumą karščiui ir terminį stabilumą, šiek tiek sumažindami jų plastiškumą (17.2 pav.). Be to, lydinius su (a + b) ir pseudo-b struktūra galima grūdinti termiškai apdorojant (gesinimas + sendinimas).

Neutralūs elementai (Zr, Sn) nedaro reikšmingos įtakos polimorfinės transformacijos temperatūrai ir nekeičia titano lydinių fazinės sudėties (17.1 pav., G).

Polimorfinė b ® a -transformacija gali vykti dviem būdais. Lėtai aušinant ir esant dideliam atomų judrumui, jis vyksta pagal įprastą difuzijos mechanizmą, kai susidaro daugiakampė kieto tirpalo struktūra. Greitai atvėsus – dėl difuzinio martensitinio mechanizmo, susidarant smailia martensitinė struktūra, žymima ¢ arba, esant didesniam dopingo laipsniui, ¢. Kristalinė struktūra a, a ¢, a ¢ ¢ yra praktiškai to paties tipo (hcp), tačiau a ir a ¢ gardelės yra labiau iškraipytos, o iškraipymo laipsnis didėja didėjant legiruojamųjų elementų koncentracijai. Yra informacijos [1], kad a ¢ ¢ -fazės gardelė yra rombinė, o ne šešiakampė. Senėjimo metu b-fazė arba intermetalinė fazė išsiskiria iš a ¢ ir a ¢ ¢ fazių.

Ryžiai. 17.1. Sistemų „Ti legiravimo elementas“ būsenų diagramos (schemos):
a) "Ti-a -stabilizatoriai";
b) "Ti-izomorfiniai b-stabilizatoriai";
v) „Ti-eutektoidą formuojantys b-stabilizatoriai“;
G) „Ti neutralūs elementai“

Ryžiai. 17.2. Legiruojamųjų elementų įtaka mechaninėms titano savybėms

Skirtingai nuo anglinio plieno martensito, kuris yra intersticinis tirpalas ir pasižymi dideliu stiprumu ir trapumu, titano martensitas yra pakaitinis tirpalas, o titano lydinių gesinimas iki martensito a ¢ sukelia nedidelį sukietėjimą ir nėra lydimas staigaus plastiškumo sumažėjimo. .

Faziniai virsmai, vykstantys lėto ir greito titano lydinių, turinčių skirtingą b-stabilizatorių kiekį, aušinimo metu, taip pat susidariusios struktūros atsispindi apibendrintoje diagramoje (17.3 pav.). Jis galioja izomorfiniams b-stabilizatoriams (17.1 pav., b) ir, šiek tiek apytiksliai, eutektoidą formuojantiems b-stabilizatoriams (17.1 pav., v), nes eutektoidinis skilimas šiuose lydiniuose vyksta labai lėtai ir jo galima nepaisyti.

Ryžiai. 17.3. Lydinių "Ti-b-stabilizatorius" fazinės sudėties pokyčių schema priklausomai nuo greičio
vėsinimas ir gesinimas iš b srities

Lėtai aušinant titano lydiniuose, priklausomai nuo b-stabilizatorių koncentracijos, galima gauti struktūras: atitinkamai a, a + b arba b.

Grūdinant dėl ​​martensitinės transformacijos temperatūrų intervale M n –M k (17.3 pav. parodyta punktyrine linija), reikėtų išskirti keturias lydinių grupes.

Pirmajai grupei priskiriami lydiniai, kurių b-stabilizuojančių elementų koncentracija yra iki C1, t.y. lydiniai, kurie, gesinami iš b srities, turi tik ¢ (a ¢ ¢) struktūrą. Atvėsinus šiuos lydinius nuo (a + b) regiono temperatūrų diapazone nuo polimorfinės transformacijos iki T 1, jų struktūra yra fazių a ¢ (a ¢ ¢), a ir b mišinys ir po gesinimo nuo žemesnės temperatūros T cr jie turi (a + b) -struktūrą.

Antrąją grupę sudaro lydiniai, kurių legiruojamųjų elementų koncentracija nuo C 1 iki C cr, kuriuose, gesinant iš b srities, martensitinė transformacija nevyksta iki galo ir jų struktūra yra a ¢ (a ¢ ¢ ) ir b. Šios grupės lydiniai po gesinimo nuo temperatūrų nuo polimorfinės transformacijos iki T cr turi struktūrą a ¢ (a ¢ ¢), a ir b, o nuo žemesnės temperatūros T cr - struktūra (a + b).

Trečiosios grupės lydinių gesinimas su b-stabilizuojančių elementų koncentracija nuo C cr iki C 2 nuo b srities temperatūrų arba nuo temperatūrų nuo polimorfinio virsmo iki T 2 lydi b fazės dalies transformacija į w fazę, o šio tipo lydiniai po gesinimo turi (b + w) struktūrą. Trečiosios grupės lydiniai po gesinimo nuo žemesnės temperatūros T 2 turi struktūrą (b + a).

Ketvirtosios grupės lydiniai po gesinimo nuo temperatūrų, viršijančių polimorfinę transformaciją, turi išskirtinai b struktūrą, o nuo žemesnės nei polimorfinės transformacijos temperatūrų - (b + a).

Pažymėtina, kad transformacija b ® b + w gali įvykti tiek gesinant lydinius, kurių koncentracija (C cr –C 2), tiek senstant lydiniams, kurių koncentracija didesnė nei C 2, kurie turi metastabilią b fazę. Bet kokiu atveju w fazės buvimas yra nepageidautinas, nes jis stipriai trapūs titano lydinius. Rekomenduojami terminio apdorojimo būdai neįtraukia jo buvimo pramoniniuose lydiniuose arba jo atsiradimo eksploatacinėmis sąlygomis.

Titano lydiniams naudojami šie terminio apdorojimo tipai: atkaitinimas, gesinimas ir sendinimas, taip pat cheminis terminis apdorojimas (nitridavimas, silikonizavimas, oksidavimas ir kt.).

Atkaitinimas atliekamas visiems titano lydiniams, siekiant užbaigti konstrukcijos formavimąsi, išlyginti struktūrinį ir koncentracijos nehomogeniškumą bei mechanines savybes. Atkaitinimo temperatūra turi būti aukštesnė už rekristalizavimo temperatūrą, bet žemesnė už perėjimo į b būseną temperatūrą ( T nn), kad būtų išvengta grūdų augimo. Taikyti įprastinis atkaitinimas, dvigubas arba izoterminis(stabilizuoti struktūrą ir savybes), Nebaigtas(vidiniam stresui mažinti).

Grūdinimas ir sendinimas (kietėjimo terminis apdorojimas) taikomas titano lydiniams su (a + b) -struktūra. Kietėjimo terminio apdorojimo principas susideda iš metastabilių fazių b, a ¢, a ¢ ¢ gavimo ir vėlesnio jų skilimo, kai dirbtinio senėjimo metu išsiskiria išsklaidytos a ir b fazių dalelės. Šiuo atveju kietėjimo efektas priklauso nuo metastabilių fazių tipo, kiekio ir sudėties, taip pat nuo senėjimo susidariusių a ir b fazių dalelių dispersijos.

Cheminis terminis apdorojimas atliekamas siekiant padidinti kietumą ir atsparumą dilimui, atsparumą "užspaudimui" dirbant trinties sąlygomis, atsparumą nuovargiui, taip pat pagerinti atsparumą korozijai, atsparumą karščiui ir atsparumą karščiui. Praktinis pritaikymas yra azotavimas, silikonizavimas ir kai kurios difuzinės metalizacijos rūšys.

Titano lydiniai, palyginti su techniniu titanu, turi didesnį stiprumą, įskaitant aukštoje temperatūroje, išlaikant pakankamai aukštą plastiškumą ir atsparumą korozijai.

Buitinės klasės ir cheminė sudėtis
lydiniai (GOST 19807-91) pateikti lentelėje. 17.2.

Pagal gamybos technologiją titano lydiniai skirstomi į kaltas ir liejykla; pagal mechaninių savybių lygį - lydiniams mažas stiprumas ir padidėjęs lankstumas, vidutinis stiprumas, didelis stiprumas; pagal naudojimo sąlygas – įjungta atsparus šalčiui, atsparus karščiui, atsparus korozijai . Pagal gebėjimą sukietėti termiškai apdorojant jie skirstomi į grūdinamas ir nesutvirtintas, pagal struktūrą atkaitintoje būsenoje - į a -, pseudo-a -, (a + b) -, pseudo-b - ir b -lydinius (17.3 lentelė).

Atskiros titano lydinių grupės skiriasi sąlyginio stabilizavimo koeficiento reikšme Kb, kuris rodo b-stabilizuojančio legiravimo elemento ir jo kiekio kritinės sudėties lydinyje santykį su kr. Kai lydinyje yra keli b stabilizuojantys elementai, jų Kb yra apibendrintas.

< 700 MPa, būtent: a – lydiniai VT1-00, VT1-0 (techninis titanas) ir lydiniai OT4-0, OT4-1 (Ti-Al-Mn sistema), AT3 (Ti-Al sistema su mažais Cr priedais , Fe, Si, B), susiję su pseudo-a-lydiniais su nedideliu b-fazės kiekiu. Šių lydinių stiprumo charakteristikos yra didesnės nei gryno titano dėl priemaišų VT1-00 ir VT1-0 lydiniuose ir nedidelio legiravimo su a ir b stabilizatoriais OT4-0, OT4-1, AT3 lydiniuose. .

Šie lydiniai pasižymi dideliu lankstumu tiek karštoje, tiek šaltoje būsenoje, todėl galima gauti visų tipų pusgaminius: foliją, juostą, lakštus, plokštes, kaltinius, štampuotus, profilius, vamzdžius ir kt. pusgaminiai iš šių lydinių pateikti tab. 17.4–17.6.

17.3 lentelė

Titano lydinių klasifikavimas pagal struktūrą

Lydinių grupė	Lydinio klasė
	VT1-00, VT1-0, VT5, VT5-1, PT-7M
Pseudo-a-lydiniai (Kb< 0,25)	OT4-0, OT4-1, OT4, VT20, AT3
(a + b) -Martensitinė klasė ( Kb= 0,3–0,9)	VT6S, VT6, VT14, VT8, VT9, PT-3V, VT3-1, AT3
(a + b) – pereinamojo laikotarpio lydiniai ( Kb= 1,0–1,4)
Pseudo-b lydiniai ( Kb= 1,5–2,4)	VT35*, VT32*, VT15
b – lydiniai ( Kb= 2,5–3,0)

* Patyrę lydiniai.

17.4 lentelė

Titano lydinio lakštų mechaninės savybės (GOST 22178-76)

Titano klasės lydiniai	Pavyzdinė būklė kai išbandyta	lakštų storis, mm	Didžiausia jėga, s in, MPa	pailgėjimas, d, %
	Atkaitintas
		Šv. 6,0-10,5
		Šv. 6,0-10,5
	Atkaitintas
		Šv. 6,0-10,5
		Šv. 6,0-10,5
		Šv. 6,0-10,5
			885 (885–1080)
	Atkaitintas		885 (885–1050)
		Šv. 5,0-10,5	835 (835–1050)
	Grūdintas ir dirbtinai amžiaus
		Šv. 7,0-10,5
	Atkaitintas		930 (930–1180)
		Šv. 4,0-10,5
	Atkaitintas ir pataisyta		980 (980–1180)
		Šv. 4,0-10,5

Pastaba. Skliausteliuose pateiktos reikšmės yra aukštos paviršiaus apdailos lakštams.

17.5 lentelė

Titano lydinio strypų mechaninės savybės (GOST 26492–85)

Lydinio klasė	valstybė išbandyti pavyzdžiai	Strypo skersmuo,	Riba stiprybė viduje, MPa	Giminaitis pailgėjimas d, %	Giminaitis susiaurėjimas y,	Šokas klampumas KCU, J / cm2
	Atkaitintas
	Atkaitintas
	Atkaitintas		885 (905–1050)
			835 (835–1050)
	Grūdintas ir sendintas
	Atkaitintas
	Grūdintas ir sendintas
	Atkaitintas		930 (980–1230)
			930 (930–1180)
			980 (980–1230)
			930 (930–1180)
			980 (1030–1230)
			930 (980–1230)
	Atkaitintas		885 (885–1080)
			865 (865–1080)
	Grūdintas ir sendintas
	Atkaitintas		885 (930–1130)
			885 (885–1130)
			1030 (1080–1230)
			1030 (1080–1280)

Pastaba. Duomenys skliausteliuose skirti aukštesnės kokybės juostoms.

17.6 lentelė

Titano lydinio plokščių mechaninės savybės (GOST 23755-79)

Lydinio klasė	valstybė medžiaga	plokščių storis,	Didžiausias stiprumas, MPa	Pailgėjimas d, %	Santykinis susiaurėjimas y, %	Smūgio stipris KCU, J/cm2
	Be karščio gydymas
	Atkaitintas
	Atkaitintas
	Grūdintas ir pasenęs
	Atkaitintas
	Be terminio apdorojimo

Kalimas, kalimas ir lakštų štampavimas, valcavimas, presavimas atliekamas karštoje būsenoje pagal lentelėje nurodytus režimus. 17.7. Galutinis valcavimas, štampavimas, piešimas ir kitos operacijos atliekamos šaltoje būsenoje.

Šie lydiniai ir iš jų pagaminti gaminiai atkaitinami tik pagal lentelėje nurodytus režimus. 17.8. Nepilnas atkaitinimas naudojamas vidiniams įtempiams, atsirandantiems dėl mechaninio apdirbimo, lakštinio metalo štampavimo, suvirinimo ir kt., sumažinti.

Šie lydiniai gerai suvirinami lydymosi (argono lanko, panardinamojo lanko, elektros šlako) ir kontaktinio (taškinio, ritininio) suvirinimo būdu. Lydomojo suvirinimo metu suvirintos jungties stiprumas ir plastiškumas praktiškai nesiskiria nuo netauriųjų metalų.

Šių lydinių atsparumas korozijai yra didelis daugelyje aplinkų (jūros vanduo, chloridai, šarmai, organinės rūgštys ir kt.), išskyrus HF, H 2 SO 4, HCl ir kai kuriuos kitus tirpalus.

Taikymas. Šie lydiniai plačiai naudojami kaip konstrukcinės medžiagos gaminant beveik visų tipų pusgaminius, dalis ir konstrukcijas, įskaitant ir suvirintas. Jų taikymas yra efektyviausias aerokosminėje inžinerijoje, chemijos inžinerijoje, kriogeninėje inžinerijoje (17.9 lentelė), taip pat įrenginiuose ir konstrukcijose, veikiančiose iki 300–350 ° C temperatūroje.

Į šią grupę įeina lydiniai, kurių tempiamasis stipris yra s = 750–1000 MPa, būtent: a - VT5 ir VT5-1 klasių lydiniai; OT4, VT20 klasių pseudo-a lydiniai; (a + b) - PT3V klasių lydiniai, taip pat VT6, VT6S, VT14 atkaitintos būsenos.

Lydiniai VT5, VT5-1, OT4, VT20, PT3V, VT6S, kuriuose yra nedidelis kiekis b fazės (2–7 % b fazės pusiausvyros būsenoje), kietėjimo termiškai neapdorojami ir naudojami. atkaitintoje būsenoje. Lydinys VT6S kartais naudojamas termiškai sukietėjęs. Lydiniai VT6 ir VT14 naudojami tiek atkaitinti, tiek termiškai grūdinti. Pastaruoju atveju jų stiprumas tampa didesnis nei 1000 MPa, ir jie bus nagrinėjami skyriuje, skirtame didelio stiprumo lydiniams.

Nagrinėjami lydiniai kartu su padidintu stiprumu išlaiko patenkinamą plastiškumą šaltoje būsenoje ir gerą plastiškumą karštoje būsenoje, todėl iš jų galima gauti visų tipų pusgaminius: lakštus, juosteles, profilius, kaltinius, štampuotus. , vamzdžiai ir tt Išimtis yra VT5 lydinys, iš kurio dėl mažo technologinio plastiškumo lakštai ir plokštės nėra gaminami. Karštojo darbo slėgiu režimai pateikti lentelėje. 17.7.

Ši lydinių kategorija sudaro didžiąją dalį mechanikos inžinerijoje naudojamų pusgaminių. Pagrindinių pusgaminių mechaninės charakteristikos pateiktos lentelėje. 17.4–17.6.

Visi vidutinio stiprumo lydiniai gerai suvirinami su visų rūšių suvirinimu, naudojamu titanui. Lydomosios suvirintos jungties stiprumas ir lankstumas yra artimas netauriojo metalo stiprumui ir lankstumui (VT20 ir VT6S lydiniams šis santykis yra 0,9–0,95). Po suvirinimo rekomenduojamas nepilnas atkaitinimas, siekiant sumažinti vidinius suvirinimo įtempius (17.8 lentelė).

Šių lydinių apdirbamumas yra geras. Atsparumas korozijai daugumoje korozinių aplinkų yra panašus į techninio titano VT1-0.

17.7 lentelė

Titano lydinių karštojo darbo režimai

Lydinio klasė

Luitų kalimo režimas

Kalimo režimas iš anksto deformuoti ruošiniai

Paspauskite perforavimo režimą

Plaktuko perforavimo režimas

Režimas lapas štampavimas

temperatūros deformacija, ° С

storis, mm

temperatūros deformacija, °C

temperatūros deformacija, ° С

temperatūros deformacija, ° С

temperatūros deformacija, °C

pabaiga

pabaiga

pabaiga

pabaiga

Viskas storio

40–70 40–70

40–70 40–70

40–50** 70***

40–50** 70***

850 900–850

40–50** 70***

Viskas storio

* Deformacijos laipsnis vienam šildymui,%.

** Deformacija (a + b) - regione.

*** Deformacija b srityje.

17.8 lentelė

Titano lydinių atkaitinimo būdai

Lydinio klasė	Atkaitinimo temperatūra, ° С		Pastaba
	Lakštai ir detales jų	Strypai, kaltiniai, štampuoti, vamzdžiai, profiliai ir dalys iš jų
			445–585 °C*
			445–585 °C*
			480–520 °C*
			520–560 °C*
			545–585 °C*
			Izoterminis atkaitinimas: kaitinimas iki 870–920 ° С, laikymas, aušinimas iki 600–650 ° С, aušinimas krosnele arba perkėlimas į kitą krosnį, palaikymas 2 val., aušinimas ore
			Dvigubas atkaitinimas, išlaikymas 550–600 ° C temperatūroje 2–5 val. Galios dalių atkaitinimas 850 ° C temperatūroje, leidžiamas oro aušinimas
			550–650 °C*
			Atkaitinimas leidžiamas šiais režimais: 1) kaitinimas iki 850 ° С, laikymas, aušinimas krosnele iki 750 ° С, laikymas 3,5 h, aušinimas ore; 2) kaitinimas iki 800 ° С, palaikymas 30 min, aušinimas orkaite iki 500 ° С, tada ore
			Dvigubas atkaitinimas, išlaikymas 570–600 ° С - 1 val. Leidžiamas izoterminis atkaitinimas: kaitinimas iki 920–950 ° С, laikymas, aušinimas krosnyje arba perkėlimas į kitą krosnį, kurios temperatūra 570–600 ° С, palaikymas 1 val., aušinimas ore
			Dvigubas atkaitinimas, laikymas 530–580 ° С - 2–12 val. Leidžiamas izoterminis atkaitinimas: kaitinimas iki 950–980 ° С, laikymas, aušinimas krosnyje arba perkėlimas į kitą krosnį, kurios temperatūra 530–580 ° С, laikymas 2–12 val., aušinimas oru
			550–650 °C*
			Leidžiamas izoterminis atkaitinimas: kaitinimas iki 790–810 ° С, laikymas, aušinimas krosnyje arba perkėlimas į kitą krosnį iki 640–660 ° С, palaikymas 30 min., aušinimas ore
			Lakštų dalių atkaitinimas leidžiamas esant 650–750 ° С, (600–650 °C) *
		(priklausomai nuo pusgaminio skyriaus ir tipo)	Aušinimas orkaitėje 2–4 ° C / min greičiu iki 450 ° C, tada ore. Dvigubas atkaitinimas, išlaikymas 500–650 ° C temperatūroje 1–4 val. Dvigubas atkaitinimas leidžiamas dalims, veikiančioms iki 300 ° C temperatūroje ir iki 2000 val.
			(545–585 ° С *)

* Nepilno atkaitinimo temperatūra.

17.9 lentelė

Titano lydinių mechaninės charakteristikos esant žemai temperatūrai

	s in (MPa) esant temperatūrai, ° С			d (%) esant temperatūrai, ° С			КСU, J / cm 2 esant temperatūrai, ° С

Taikymas. Šiuos lydinius rekomenduojama naudoti gaminių gamybai lakštinio štampavimo būdu (OT4, VT20), suvirintoms detalėms ir mazgams, štampuotoms-virintoms detalėms (VT5, VT5-1, VT6S, VT20) ir kt. Lydinys VT6S yra plačiai paplitęs naudojami indų ir aukšto slėgio indų gamybai. Dalys ir mazgai, pagaminti iš lydinių OT4, VT5, gali veikti ilgą laiką iki 400 ° C temperatūroje ir trumpai - iki 750 ° C; iš lydinių VT5-1, VT20 - ilgą laiką esant temperatūrai iki 450–500 ° С ir trumpą laiką - iki 800–850 ° С. Lydinius VT5-1, OT4, VT6S taip pat rekomenduojama naudoti šaldytuve ir kriogeninė inžinerija (17.9 lentelė).

Šiai grupei priklauso lydiniai, kurių tempiamasis stipris s> 1000 MPa, būtent (a + b) -lydiniai, kurių klasės VT6, VT14, VT3-1, VT22. Didelis stiprumas šiuose lydiniuose pasiekiamas grūdinant terminį apdorojimą (grūdinimas + senėjimas). Išimtis yra didelio lydinio VT22 lydinys, kuris net atkaitintoje būsenoje turi s> 1000 MPa.

Šie lydiniai kartu su dideliu stiprumu išlaiko gerą (VT6) ir patenkinamą (VT14, VT3-1, VT22) technologinį plastiškumą karštoje būsenoje, todėl iš jų galima gauti įvairius pusgaminius: lakštus (išskyrus VT3- 1), strypai, plokštės, kaltiniai, štampavimas, profiliai ir kt. Karštojo apdirbimo slėgiu režimai pateikti lentelėje. 17.7. Lydiniai VT6 ir VT14 atkaitinti (s »850 MPa) gali būti šaltai štampuojami su nedidelėmis deformacijomis. Pagrindinių pusgaminių mechaninės charakteristikos atkaitintos ir sukietėjusios būsenos pateiktos lentelėje. 17.4–17.6.

Nepaisant heterofazės struktūros, nagrinėjamų lydinių suvirinamumas yra patenkinamas visais titano suvirinimo būdais. Norint užtikrinti reikiamą stiprumo ir lankstumo lygį, būtinas visiškas atkaitinimas, o VT14 lydinio (kurio suvirintų dalių storis 10–18 mm) rekomenduojama atlikti grūdinimą, o po to sendinimą. Šiuo atveju suvirintos jungties stiprumas (lydymosi suvirinimas) yra ne mažesnis kaip 0,9 netauriojo metalo stiprumo. Suvirintos jungties lankstumas yra artimas netauriojo metalo lankstumui.

Apdorojamumas yra patenkinamas. Lydinių pjaustymas gali būti atliekamas tiek atkaitintus, tiek termiškai grūdintus.

Šie lydiniai pasižymi dideliu atsparumu korozijai atkaitintoje ir termiškai grūdintoje aplinkoje drėgnoje atmosferoje, jūros vandenyje, daugelyje kitų koroziją sukeliančių aplinkų, tokių kaip techninis titanas.

Karščio gydymas . Lydiniai VT3-1, VT6, VT6S, VT14, VT22 grūdinti ir sendinti (žr. aukščiau). Rekomenduojami monolitinių gaminių, pusgaminių ir suvirintų detalių grūdinimo ir sendinimo šildymo režimai pateikti lentelėje. 17.10 val.

Aušinimas gesinimo metu atliekamas vandenyje, o po brandinimo - ore. Visiškas grūdinimas suteikiamas dalims, pagamintoms iš VT6, VT6S lydinių, kurių maksimalus pjūvis yra iki 40–45 mm, o lydiniams VT3-1, VT14, VT22 - iki 60 mm.

Siekiant užtikrinti patenkinamą lydinių su (a + b) -struktūra stiprumo ir lankstumo derinį po grūdinimo ir sendinimo, būtina, kad jų struktūra prieš grūdinimo terminį apdorojimą būtų lygiašė arba "krepšelio pynimas". Pradinių mikrostruktūrų, užtikrinančių patenkinamas savybes, pavyzdžiai parodyti Fig. 17,4 (1-7 tipai).

17.10 lentelė

Titano lydinių kietėjimo terminio apdorojimo būdai

Lydinio klasė	Polimorfinės transformacijos temperatūra T pp, ° С	Temperatūra šildymas gesinimui, ° С	Temperatūra senėjimas, ° С	Trukmė senėjimas, h

Pradinė smaili lydinio struktūra su pirminėmis b fazės grūdelių ribomis (8–9 tipai) perkaitus po grūdinimo ir senėjimo ar atkaitinimo sukelia laužą - sumažėja stiprumas ir plastiškumas. Todėl būtina vengti (a + b) lydinių kaitinimo iki aukštesnės nei polimorfinės transformacijos temperatūros, nes termiškai apdorojant perkaitusios struktūros ištaisyti neįmanoma.

Rekomenduojama šildyti terminio apdorojimo metu elektrinėse orkaitėse su automatiniu temperatūros valdymu ir įrašymu. Kad nesusidarytų apnašos, gatavų dalių ir lakštų kaitinimas turi būti atliekamas krosnyse su apsaugine atmosfera arba naudojant apsaugines dangas.

Kaitinant plonas lakštines detales grūdinimui, norint išlyginti temperatūrą ir sumažinti jų deformaciją, po krosnimi dedama 30–40 mm storio plieninė plokštė. Sudėtingos konfigūracijos ir plonasienių dalių grūdinimui naudojami tvirtinimo įtaisai, apsaugantys nuo deformacijos ir pavadėlių.

Po apdorojimo aukštoje temperatūroje (gesinimo ar atkaitinimo) krosnyje be apsauginės atmosferos, pusgaminiai, kurie nėra toliau apdorojami, turi būti apdorojami hidrosmėliu arba korundiniu smėliu, o lakštiniai gaminiai taip pat turi būti išgraviruoti.

Taikymas. Didelio stiprumo titano lydiniai naudojami kritinių dalių ir mazgų gamybai: suvirintų konstrukcijų (VT6, VT14), turbinų (VT3-1), štampuotų-virintų mazgų (VT14), labai apkrautų detalių ir štampuotų konstrukcijų (VT22). Šie lydiniai gali veikti ilgą laiką iki 400 ° C temperatūroje ir trumpai iki 750 ° C.

Didelio stiprumo titano lydinių, kaip konstrukcinės medžiagos, ypatybė yra padidėjęs jų jautrumas įtempių koncentratoriams. Todėl, projektuojant dalis iš šių lydinių, būtina atsižvelgti į daugybę reikalavimų (padidėjusios paviršiaus kokybės, perėjimo iš vienos sekcijos į kitą spindulio padidėjimo ir kt.), panašių į tuos, kurie egzistuoja naudojant aukštą. - stiprio plieno.

- IV laikotarpio 4 grupės elementas. Pereinamasis metalas, pasižymintis ir bazinėmis, ir rūgštinėmis savybėmis, yra gana plačiai paplitęs gamtoje – 10 vieta. Šalies ekonomikai įdomiausias yra didelio metalo kietumo ir lengvumo derinys, todėl jis yra nepakeičiamas orlaivių konstrukcijos elementas. Šiame straipsnyje bus pasakojama apie titano metalo žymėjimą, legiravimą ir kitas savybes, pateikiamas bendras aprašymas ir įdomūs faktai apie tai.

Išvaizda metalas labiausiai primena plieną, tačiau jo mechaninės savybės yra aukštesnės. Tuo pačiu titanas išsiskiria mažu svoriu – molekuline svoriu 22. Elemento fizinės savybės ištirtos gana gerai, tačiau jos stipriai priklauso nuo metalo grynumo, o tai lemia didelius nukrypimus.

Be to, svarbios jo specifinės cheminės savybės. Titanas atsparus šarmams, azoto rūgščiai, o tuo pačiu aršiai sąveikauja su sausais halogenais, o aukštesnėje temperatūroje – su deguonimi ir azotu. Dar blogiau, jis pradeda sugerti vandenilį net kambario temperatūroje, jei yra aktyvus paviršius. O lydaloje jis taip intensyviai sugeria deguonį ir vandenilį, kad lydymas turi būti atliekamas vakuume.

Kitas svarbus požymis, lemiantis fizines charakteristikas, yra 2 būsenos fazių egzistavimas.

• Žema temperatūra- α-Ti turi šešiakampę sandarią gardelę, medžiagos tankis yra 4,55 g / cc. cm (20 C temperatūroje).
• Aukštos temperatūros- β-Ti būdinga į kūną orientuota kubinė gardelė, fazės tankis atitinkamai yra mažesnis - 4,32 g / cc. žr. (esant 900C).

Fazinio virsmo temperatūra yra 883 C.

Įprastomis sąlygomis metalas yra padengtas apsaugine oksido plėvele. Jei jo nėra, titanas kelia didelį pavojų. Taigi, titano dulkės gali sprogti, tokio blyksnio temperatūra siekia 400C. Titano drožlės yra ugniai pavojingos medžiagos ir yra laikomos specialioje aplinkoje.

Toliau pateiktame vaizdo įraše pasakojama apie titano struktūrą ir savybes:

Titano savybės ir savybės

Šiandien titanas yra patvariausias iš visų esamų techninių medžiagų, todėl, nepaisant jo gavimo sudėtingumo ir aukštų saugos reikalavimų, jis naudojamas gana plačiai. Fizinės elemento savybės yra gana neįprastos, tačiau labai priklauso nuo grynumo. Taigi grynas titanas ir lydiniai aktyviai naudojami raketų ir orlaivių konstrukcijoje, o techniniai netinkami, nes dėl priemaišų praranda stiprumą aukštoje temperatūroje.

Metalo tankis

Medžiagos tankis kinta priklausomai nuo temperatūros ir fazės.

• Esant temperatūrai nuo 0 iki lydymosi taško, jis sumažėja nuo 4,51 iki 4,26 g / cc. cm, o fazinio perėjimo metu padidėti 0,15%, o vėliau vėl mažėti.
• Skysto metalo tankis yra 4,12 g / kub. cm, o po to mažėja didėjant temperatūrai.

Lydymosi ir virimo taškai

Fazinis perėjimas padalija visas metalo savybes į savybes, kurias gali turėti α- ir β-fazės. Taigi tankis iki 883 C reiškia α fazės savybes, o lydymosi ir virimo taškai - β fazės parametrus.

• Titano lydymosi temperatūra (laipsniais) yra 1668 +/- 5 C;
• Virimo temperatūra siekia 3227 C.

Šiame vaizdo įraše aprašytas titano deginimas:

Mechaninės savybės

Titanas yra maždaug 2 kartus stipresnis už geležį ir 6 kartus stipresnis už aliuminį, todėl jis yra tokia vertinga konstrukcinė medžiaga. Rodikliai yra susiję su α fazės savybėmis.

• Medžiagos atsparumas tempimui yra 300-450 MPa. Indikatorius gali būti padidintas iki 2000 MPa pridedant kai kurių elementų, taip pat naudojant specialų apdorojimą - grūdinimą ir senėjimą.

Įdomu tai, kad titanas išlaiko savo aukštą savitąjį stiprumą net esant žemiausioms temperatūroms. Be to, sumažėjus temperatūrai, lenkimo stipris didėja: esant +20 C, indikatorius yra 700 MPa, o esant -196 - 1100 MPa.

• Metalo elastingumas yra palyginti mažas, o tai yra reikšmingas medžiagos trūkumas. Tamprumo modulis normaliomis sąlygomis yra 110,25 GPa. Be to, titanui būdinga anizotropija: elastingumas skirtingomis kryptimis pasiekia skirtingas vertes.
• Medžiagos kietumas HB skalėje yra 103. Be to, rodiklis yra vidutinis. Priklausomai nuo metalo grynumo ir priemaišų pobūdžio, kietumas gali būti didesnis.
• Įprasta takumo riba yra 250-380 MPa. Kuo didesnis šis rodiklis, tuo geriau iš medžiagos pagaminti produktai atlaiko apkrovas ir tuo labiau jie atsparūs dilimui. Titano indeksas 18 kartų viršija aliuminio indeksą.

Palyginti su kitais metalais su ta pačia grotele, metalas turi labai gerą plastiškumą ir plastiškumą.

Šilumos talpa

Metalas pasižymi mažu šilumos laidumu, todėl atitinkamose srityse, pavyzdžiui, termoelektrodų gamyba nenaudojama.

• Jo šilumos laidumas yra 16,76 l, W / (m × deg). Tai yra 4 kartus mažiau nei geležies ir 12 kartų mažiau nei geležies.
• Kita vertus, titano šiluminio plėtimosi koeficientas normalioje temperatūroje yra nereikšmingas ir didėja didėjant temperatūrai.
• Metalo šiluminė talpa yra 0,523 kJ / (kg · K).

Elektrinės charakteristikos

Kaip dažniausiai būna, mažas šilumos laidumas taip pat užtikrina mažą elektros laidumą.

• Metalo savitoji elektrinė varža yra labai didelė – 42,1 · 10 -6 omų · cm normaliomis sąlygomis. Jei darysime prielaidą, kad sidabro laidumas yra 100%, tai titano laidumas bus 3,8%.
• Titanas yra paramagnetas, tai yra, jo negalima įmagnetinti lauke, kaip geležies, bet ir išstumti iš lauko, nes to nebus. Ši savybė mažėjant temperatūrai tiesiškai mažėja, tačiau, peržengus minimumą, šiek tiek padidėja. Savitasis magnetinis jautrumas yra 3,2 10 -6 G -1. Pažymėtina, kad jautrumas, taip pat elastingumas formuoja anizotropiją ir kinta priklausomai nuo krypties.

Esant 3,8 K temperatūrai, titanas tampa superlaidininku.

Atsparumas korozijai

Įprastomis sąlygomis titanas turi labai aukštas antikorozines savybes. Ore jis yra padengtas 5–15 µm storio titano oksido sluoksniu, kuris užtikrina puikų cheminį inertiškumą. Metalas nerūdija ore, jūros ore, jūros vandenyje, drėgname chloro, chloro vandenyje ir daugybėje kitų technologinių sprendimų bei reagentų, todėl medžiaga yra nepakeičiama chemijos, popieriaus gamybos, naftos pramonėje.

Didėjant temperatūrai arba stipriai šlifuojant metalą, vaizdas labai pasikeičia. Metalas reaguoja su beveik visomis atmosferą sudarančiomis dujomis, o skystoje būsenoje jas taip pat sugeria.

Saugumas

Titanas yra vienas iš biologiškai inertiškiausių metalų. Medicinoje jis naudojamas protezų gamybai, nes yra atsparus korozijai, lengvas ir ilgaamžis.

Titano dioksidas nėra toks saugus, nors naudojamas daug dažniau – pavyzdžiui, kosmetikos, maisto pramonėje. Remiantis kai kuriomis ataskaitomis – UCLA, patologijos profesoriaus Roberto Schistle'io tyrimais, titano dioksido nanodalelės veikia genetinį aparatą ir gali prisidėti prie vėžio vystymosi. Be to, medžiaga neprasiskverbia per odą, todėl dioksido turinčių kremų nuo saulės naudojimas nekelia pavojaus, tačiau medžiaga, kuri patenka į organizmo vidų - su maistiniais dažais, biologiniais priedais, gali būti pavojinga.

Titanas yra unikaliai stiprus, kietas ir lengvas metalas, pasižymintis labai įdomiomis cheminėmis ir fizinėmis savybėmis. Šis derinys toks vertingas, kad net titano lydymo ir perdirbimo sunkumai nesustabdo gamintojų.

Kaip atskirti titaną nuo plieno, šis vaizdo įrašas jums pasakys:

Titanas- lengvas, patvarus sidabriškai baltos spalvos metalas. Egzistuoja dvi kristalinės modifikacijos: α-Ti su šešiakampe sandaria gardele, β-Ti su kubiniu korpuso centru, polimorfinės transformacijos temperatūra α↔β 883 °C. Titanas ir titano lydiniai jungia lengvumą, stiprumą ir didelę koroziją atsparumas, mažas šiluminis koeficientas, plėtimasis, galimybė dirbti plačiame temperatūrų diapazone.

Taip pat žiūrėkite:

STRUKTŪRA

Titanas turi dvi alotropines modifikacijas. Žemos temperatūros modifikacija, kuri egzistuoja iki 882 ° C, turi šešiakampę sandarią gardelę, kurios periodai a = 0,296 nm ir c = 0,472 nm. Aukštos temperatūros modifikacija turi į kūną orientuotą kubo gardelę, kurios periodas a = 0,332 nm.
Polimorfinė transformacija (882 ° C) lėtai aušinant vyksta pagal įprastą mechanizmą, kai susidaro lygiašiai grūdeliai, o greitai aušinant - pagal martensitinį mechanizmą, kai susidaro smailinė struktūra.
Titanas pasižymi dideliu atsparumu korozijai ir cheminiam poveikiui, nes ant jo paviršiaus yra apsauginė oksido plėvelė. Nerūdija gėlame ir jūros vandenyje, mineralinėse rūgštyse, aqua regia ir kt.

SAVYBĖS

Lydymosi temperatūra yra 1671 ° C, virimo temperatūra yra 3260 ° C, α-Ti ir β-Ti tankis yra atitinkamai 4,505 (20 ° C) ir 4,32 (900 ° C) g / cm³, atominis tankis 5,71 × 1022 at / cm³. Plastikas, virinamas inertinėje atmosferoje.
Pramonėje naudojamame komerciniame titane yra deguonies, azoto, geležies, silicio ir anglies priemaišų, kurios padidina jo stiprumą, mažina plastiškumą ir turi įtakos polimorfinės transformacijos temperatūrai, kuri vyksta 865–920 ° C diapazone. Techninių titano klasių VT1-00 ir VT1-0 tankis yra apie 4,32 g / cm 3, tempiamasis stipris yra 300-550 MN / m 2 (30-55 kgf / mm 2), pailgėjimas ne mažesnis kaip 25 %, Brinelio kietumas yra 1150-1650 Mn / m 2 (115-165 kgf / mm 2). Tai paramagnetinis. Ti atomo išorinio elektroninio apvalkalo konfigūracija yra 3d24s2.

Jis pasižymi dideliu klampumu, apdirbant yra linkęs prilipti prie pjovimo įrankio, todėl ant įrankio reikia dengti specialias dangas, įvairius tepalus.

Esant normaliai temperatūrai, jis yra padengtas apsaugine pasyvinančia TiO 2 oksido plėvele, todėl daugelyje aplinkų (išskyrus šarminę) yra atsparus korozijai. Titano dulkės linkusios sprogti. Pliūpsnio temperatūra 400°C.

REZERVAI IR GAMYBA

Pagrindinės rūdos yra ilmenitas (FeTiO 3), rutilas (TiO 2), titanitas (CaTiSiO 5).

2002 m. 90 % išgaunamo titano buvo panaudota titano dioksido TiO 2 gamybai. Pasaulyje titano dioksido pagaminama 4,5 mln. tonų per metus. Įrodytos titano dioksido atsargos (neįskaitant Rusijos) yra apie 800 mln. tonų. 2006 m., JAV geologijos tarnybos duomenimis, skaičiuojant titano dioksidu ir neįskaitant Rusijos, ilmenito rūdų atsargos yra 603–673 mln. tonų, rutilo. rūdos - 49,7- 52,7 mln.t. Taigi, esant dabartiniam gamybos tempui, įrodytų pasaulio titano atsargų (išskyrus Rusiją) užteks daugiau nei 150 metų.

Rusija turi antras pagal dydį titano atsargas pasaulyje po Kinijos. Titano mineralinių išteklių bazę Rusijoje sudaro 20 telkinių (iš kurių 11 yra pirminiai ir 9 yra vietiniai telkiniai), kurie yra gana tolygiai paskirstyti visoje šalyje. Didžiausias iš tyrinėtų telkinių yra 25 km nuo Uchtos miesto (Komi Respublika). Apskaičiuota, kad telkinio atsargos siekia 2 mlrd. tonų.

Titano rūdos koncentratas yra apdorojamas sieros rūgštimi arba pirometalurginiu būdu. Sieros rūgšties apdorojimo produktas yra titano dioksido TiO 2 milteliai. Pirometalurginiu metodu rūda sukepinama koksu ir apdorojama chloru, gaunant titano tetrachlorido garus 850 ° C temperatūroje ir redukuojant magniu.

Gauta titano „kempinė“ perlydoma ir išgryninama. Ilmenito koncentratai redukuojami elektrinėse lankinėse krosnyse, vėliau chloruojant susidarančius titano šlakus.

KILMĖ

Titanas yra 10 pagal gausumą gamtoje. Žemės plutoje yra 0,57% masės, jūros vandenyje - 0,001 mg / l. Ultrabazinėse uolienose 300 g/t, bazinėse uolienose - 9 kg/t, rūgštinėse uolienose 2,3 kg/t, moliuose ir skalūnuose 4,5 kg/t. Žemės plutoje titanas beveik visada yra keturvalentinis ir jo yra tik deguonies junginiuose. Laisva forma nerasta. Atmosferos ir sedimentacijos sąlygomis titanas turi geocheminį giminingumą Al 2 O 3. Jis telkiasi atmosferos plutos boksite ir jūrinėse molio nuosėdose.
Titanas perduodamas mechaninių mineralų fragmentų ir koloidų pavidalu. Kai kuriuose moliuose susikaupia iki 30 % TiO 2 masės. Titano mineralai yra atsparūs atmosferos poveikiui ir formuoja dideles koncentracijas įdėklose. Yra žinoma, kad daugiau nei 100 mineralų turi titano. Svarbiausi iš jų: rutilas TiO 2, ilmenitas FeTiO 3, titanomagnetitas FeTiO 3 + Fe3O 4, perovskitas CaTiO 3, titanitas CaTiSiO 5. Yra pirminės titano rūdos - ilmenitas-titanomagnetitas ir placerinės rūdos - rutilas-ilmenitas-cirkonis.
Titano telkiniai yra Pietų Afrikoje, Rusijoje, Ukrainoje, Kinijoje, Japonijoje, Australijoje, Indijoje, Ceilone, Brazilijoje, Pietų Korėjoje ir Kazachstane. NVS šalyse Rusijos Federacija (58,5 proc.) ir Ukraina (40,2 proc.) užima pirmaujančią vietą pagal išžvalgytas titano rūdos atsargas.

TAIKYMAS

Titano lydiniai vaidina svarbų vaidmenį aeronautikos inžinerijoje, kur siekiama išgauti lengviausią konstrukciją kartu su reikiamu stiprumu. Titanas yra lengvas, palyginti su kitais metalais, tačiau tuo pat metu gali dirbti aukštoje temperatūroje. Titano lydiniai naudojami apmušalų, tvirtinimo detalių, galios komplekto, važiuoklės dalių ir įvairių mazgų gamybai. Taip pat šios medžiagos naudojamos kuriant orlaivių reaktyvinius variklius. Tai leidžia sumažinti jų svorį 10-25%. Titano lydiniai naudojami kompresorių diskams ir mentėms, oro įsiurbimo ir kreipiamųjų mentelių dalims bei tvirtinimo detalėms gaminti.

Taip pat titanas ir jo lydiniai naudojami raketų pramonėje. Dėl trumpalaikio variklių veikimo ir greito tankių atmosferos sluoksnių prasiskverbimo raketose iš esmės pašalinamos nuovargio stiprumo, statinės ištvermės ir iš dalies šliaužimo problemos.

Techninis titanas dėl savo nepakankamai didelio šiluminio stiprumo nėra tinkamas naudoti aviacijoje, tačiau dėl itin didelio atsparumo korozijai kai kuriais atvejais yra nepamainomas chemijos pramonėje ir laivų statyboje. Taigi jis naudojamas gaminant kompresorius ir siurblius, skirtus siurbti agresyvias terpes, tokias kaip sieros ir druskos rūgštis bei jų druskas, vamzdynus, vožtuvus, autoklavus, įvairius konteinerius, filtrus ir kt. Tik titanas yra atsparus korozijai tokioje aplinkoje kaip drėgnas chloras, vandeniniai ir rūgštiniai chloro tirpalai, todėl iš šio metalo gaminami įrenginiai chloro pramonei. Šilumokaičiai yra pagaminti iš titano, kurie veikia korozinėje aplinkoje, pavyzdžiui, azoto rūgštyje (nerūkant). Laivų statyboje titanas naudojamas sraigtų gamybai, laivų korpusams, povandeniniams laivams, torpedoms ir kt. Korpusai neprilimpa prie titano ir jo lydinių, o tai staigiai padidina indo pasipriešinimą jo judėjimo metu.

Titano lydiniai yra perspektyvūs naudoti daugelyje kitų programų, tačiau jų paplitimą technologijose riboja didelė titano kaina ir trūkumas.

Titanas - Ti

KLASIFIKACIJA

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

Puslapis 1

Titano šilumos laidumas yra - 14 0 W / m deg, tai yra šiek tiek mažesnis nei legiruotojo plieno šilumos laidumas. Medžiaga gerai nukalta, štampuota, apdirbama pjaustant. Titano gaminių suvirinimas atliekamas volframo elektrodu apsauginėje argono atmosferoje. Pastaruoju metu titanas buvo naudojamas įvairių vamzdžių, lakštų ir valcuotų gaminių gamybai.

Titano šilumos laidumas yra mažas - apie 13 kartų mažesnis nei aliuminio ir 4-4 kartus mažesnis nei geležies.

Titano šilumos laidumas yra artimas nerūdijančio plieno šilumos laidumui ir yra 14 kcal / m C h. Titanas yra gerai kaltas, štampuotas ir patenkinamai supjaustytas. Esant aukštesnei nei 200 C temperatūrai, jis linkęs sugerti dujas. Titanas suvirinamas volframo elektrodu apsauginėje argono atmosferoje.

Titano ir jo lydinių šilumos laidumas yra apie 15 kartų mažesnis nei aliuminio ir 3 5 - 5 kartus mažesnis nei plieno. Titano linijinio šiluminio plėtimosi koeficientas taip pat yra žymiai mažesnis nei aliuminio ir nerūdijančio plieno.

Titano šilumos laidumas yra - 14 0 W / (m - K), kuris yra šiek tiek mažesnis už legiruotojo plieno šilumos laidumą. Medžiaga gerai nukalta, štampuota, apdirbama pjaustant. Titano gaminių suvirinimas atliekamas volframo elektrodu apsauginėje argono atmosferoje. Pastaruoju metu titanas buvo naudojamas įvairių vamzdžių, lakštų ir valcuotų gaminių gamybai.

Titano šilumos laidumas darbinės temperatūros diapazone (20 - 400 C) yra 0 057 - 0 055 cal / (cm-s - C), kuris yra maždaug 3 kartus mažesnis už geležies šilumos laidumą, 16 kartų mažesnis nei vario šilumos laidumo koeficientas ir yra artimas nerūdijančio plieno austenitinės klasės šilumos laidumui.

Todėl, pavyzdžiui, titano šilumos laidumas yra 8-10 kartų mažesnis už aliuminio šilumos laidumą.

Gautos apskaičiuotos titano fonono šilumos laidumo vertės sutampa su šios vertės įvertinimu, atliktu darbe, kur jis yra lygus 3 -: - 5 W / m-deg.

Legiruojant, taip pat padidėjus priemaišų kiekiui, titano šilumos laidumas, kaip taisyklė, mažėja. Kaitinant lydinių, kaip ir gryno titano, šilumos laidumas didėja; jau 500 - 600 C temperatūroje artėja prie neleguoto titano šilumos laidumo.

Titano tamprumo modulis yra beveik du kartus mažesnis nei geležies, yra tame pačiame lygyje su vario lydinių moduliu ir yra žymiai didesnis nei aliuminio. Titano šilumos laidumas yra mažas: jis sudaro apie 7% aliuminio ir 16 5% nuo geležies šilumos laidumo. Į tai reikia atsižvelgti kaitinant metalą slėginiam apdorojimui ir suvirinant. Titano elektrinė varža yra maždaug 6 kartus didesnė nei geležies ir 20 kartų didesnė nei aliuminio.

Visų pirma, būtina atsižvelgti į tai, kad titano ir jo lydinių šilumos laidumas žemoje temperatūroje yra labai mažas. Kambario temperatūroje titano šilumos laidumas yra maždaug 3% vario šilumos laidumo ir kelis kartus mažesnis nei, pavyzdžiui, plieno (titano šilumos laidumas yra 0 0367 cal / cm s C, o šilumos laidumas plienas 40 yra 0 142 cal. Kylant temperatūrai, titano lydinių šilumos laidumas didėja ir artėja prie plieno šilumos laidumo. Tai turi įtakos titano lydinių įkaitimo greičiui, priklausomai nuo temperatūros, iki kurios jie kaitinami, o tai matyti nuo komerciškai gryno titano (VT1 lydinio), kurio skerspjūvis 150 mm, šildymo ir aušinimo greičio (1 pav.).

Titano šilumos laidumas yra žemas, kuris yra 13 kartų mažesnis už aliuminio šilumos laidumą ir 4 kartus mažesnis už geležies šilumos laidumą. Kylant temperatūrai, titano šilumos laidumas šiek tiek mažėja, o esant 700 ° C temperatūrai jis yra 0 0309 cal / cm sek SS.

Titano šilumos laidumas yra žemas, kuris yra 13 kartų mažesnis už aliuminio šilumos laidumą ir 4 kartus mažesnis už geležies šilumos laidumą. Kylant temperatūrai, titano šilumos laidumas šiek tiek sumažėja, o esant 700 C temperatūrai jis yra 0 0309 cal / cm s C.

Lydomojo suvirinimo metu, norint gauti geros kokybės jungtį, reikalinga patikima apsauga nuo atmosferos dujų (O2, Nj, H2) suvirintos jungties metalo, įkaitinto iki aukštesnės nei 400 C temperatūros, abiejose siūlės pusėse. Grūdelių augimą apsunkina mažas titano šilumos laidumas, dėl kurio pailgėja suvirinto metalo buvimo laikas aukštoje temperatūroje. Norint įveikti šiuos sunkumus, suvirinimas atliekamas naudojant mažiausią įmanomą šilumos kiekį.