Стойкость к окислению больше у порошкового образца во всем диапазоне исследованных температур. Причины низкой технологичности однофазного соединения Al2Ti и сплавов на его основе изучены в работах [35—37]. Отсутствие достаточного количества плоскостей скольжения и большое количество оборванных связей по границам зерен приводит к торможению дислокаций по границам зерен, что связывается с высокой твердостью и низкой пластичностью данных интерметаллидов и является основными причинами низкой технологичности однофазных сплавов. Выделение фаз h-Al2Ti и Al5Ti3 в двухфазной системе также приводит к охрупчиванию сплава. Однако исследование в этой области и изучение двойных сплавов с различной структурой не обеспечили комплекса требуемых свойств в литых сплавах. Помимо исследований самой двухфазной составляющей изучена возможность легирования алюминий-титановой матрицы различными элементами.
До настоящего времени не было проведено исследований усталостной прочности сплава при рабочих температурах. Учёные механико-технологического факультета Пермского политеха исследовали свойства сплава Ti-6Al-4V, состоящего из алюминия, ванадия и титана, оценили его инженерные перспективы при максимально возможной для этого сплава температуре в 351 градус Цельсия. Их подвергали стандартной термической обработке: закалке при температуре в 966 градусов Цельсия и отжигу при 676 градусах в течение четырёх часов. После этого стержни в четыре подхода были обработаны в установке РКУП равноканальное угловое прессование при температуре в 651 градус. Механические испытания на растяжение проводились при комнатной температуре и при температуре в 351 градус. Микроструктуры материала были проанализированы с помощью просвечивающей электронной микроскопии в продольном сечении стержня», — пояснил декан механико-технологического факультета ПНИПУ Михаил Песин.
Полагают, что повышение пластичности может быть связано с уменьшением вклада ковалентной и увеличением доли металлической связи, что уменьшает степень блокировки дислокаций. Легирование интерметаллида TiAl такими элементами, как Nb, Si, Та, W, приводит к повышению жаростойкости, в то время как ванадий увеличивает скорость его окисления при повышенных температурах. Hayashi K. Titi alloys in commercial aircraft engines materials at high temperatures. В соответствии с наметившейся тенденцией многокомпонентного легирования многие современные титановые сплавы содержат одновременно алюминий, ванадий и молибден. Braun J. Journal of Alloys and Compounds, 2008, vol.
Титановые деформируемые сплавы Легирование титана позволяет в 2-3 раза повысить его прочность, иногда и коррозионную стойкость. Основной легирующий элемент в промышленных титановых сплавах — алюминий. На основе системы Ti-Al разработана серия свариваемых титановых сплавов. Алюминий присутствует почти во всех сплавах на основе титана. Значение системы Ti-Al для титановых сплавов сравнимо со значением системы Fe-C для сплавов на основе железа.
Сплавы на основе интерметаллидов титан — алюминий. К интерметаллидным сплавам относят сплавы на основе упорядоченного интерметаллидного соединения с фиксированным соотношением компонентов. Создание отечественных интерметаллидных сплавов, в отличие от зарубежных, ведется по пути исключения бора из состава легирующих элементов. Считается что введение бора приводит к снижению пластичности сплава в интервале температур 300-850 С за счет формирования борсодержащих эвтектик с пониженной температурой плавления. Отечественные сплавы имеют более сложный химический состав, по сравнению с зарубежными, и содержат некоторое количество тяжелых тугоплавких элементов W, Re, Ta , что приближает их к современным жаропрочным никелевым сплавам. Введение таких элементов способствует повышению кратковременной прочности и сопротивления ползучести при температурах свыше 1000 С. Максимальная рабочая температура Ti3Al на воздухе не превышает 650 С.
Третья группа представлена легирующими элементами, мало влияющими на температуру полиморфного превращения титана. Легирующие элементы и примеси в титане можно также разделить на элементы замещения и внедрения. Итоговую классификацию легирующих элементов и примесей в титане можно представить схемой, приведенной на рис.
В структуре сплавов могут быть карбиды, гидриды и другие металлидные фазы, например силициды, встречаемые обычно в небольших количествах. Основу промышленных сплавов составляет система Al-Ti. Алюминий практически присутствует во всех сплавах титана. Алюминий также снижает плотность сплавов и их стоимость. Эти сплавы могут подвергаться только отжигу для снятия напряжений и нагартовки.
В условиях промышленного производства возможно прогнозировать свойства по микроструктуре крупногабаритных штамповок. Однако вследствие сложности ее могут возникать затруднения в ходе УЗ-контроля.
Двухфазная структура сплавов возникает при нагреве под закалку и фиксируется резким охлаждением. Они обладают ограниченной свариваемосью, после сварки необходима термообработка сварных швов. Следующие после алюминия по важности легирующие элементы титановых сплавов — ванадий и молибден. Система Ti-Al-V составляет основу большинства высокопрочных титановых сплавов, а система Ti-Al-Mo — основу жаропрочных титановых сплавов.
В табл. Характеристики легирующих элементов и их влияние на свойства титановых сплавов Цирконий. Цирконий, как и гафний, — ближайший аналог титана, имеет близкую температуру плавления и также обладает полиморфизмом. Однако при повышенных температурах упрочняющее действие циркония проявляется сильнее. Основным легирующим элементом является ниобий. При легировании ниобием образуется упорядоченная орторомбическая фаза на основе интерметаллида Ti2AlNb.
Легирование ниобием повышает прочность, пластичность, вязкость и характеристики жаропрочности. Ниобий содержится и в российских и в зарубежных сплавах. Интерметаллиды TiAl3 характеризуются наибольшей стойкостью к окислению и представляют интерес в качестве основы при разработке новых классов конструкционных материалов. DOI: 10. Антипов В. Ночовная H. Appel F. Bewlay B. Алтунин Ю. Schuster J. Batalu D. Zhang L. Palm M. Phase and evolution of microstructures in Ti—60 Al at.
Stein F. Nakano T. Hata S. Hayashi K. Sturm D. Braun J. Phase and evolution of microstructures in Ti—60 at. Witusiewicz V. The Al—B—Nb—Ti system. Анташев В. Ночовная Н. Интерметаллидное соединение AlxTi — перспективный материал для повышенных температур обзор. Часть 1. Лукьянычев С. Benci J. Durlu N. Zhang W. Paninsky M. Механические свойства интерметаллида Ti3Al при комнатной температуре сильно зависят от чистоты по примесям, типа и параметров микроструктуры, величины и формы микрозерна.
Временное сопротивление разрыву более качественного интерметаллида не испытывает аномальной температурной зависимости.
Создание мелкозернистой структуры термомеханической обработкой или методами порошковой металлургии приводит к существенному повышению пластичности. К настоящему времени разработана технология получения из алюминида Ti3Al фольги толщиной 0,01 мм холодной прокаткой. Наилучшие результаты дает легирование алюминида Ti3Al ниобием, так что система Ti3Al—Nb является основополагающей при разработке сплавов на его основе.
Полностью упорядоченная структура образуется вблизи состава Ti2AlX. Фаза О представляет собой твердый раствор на основе интерметаллида Ti2AlNb с ромбической структурой. Ниобий существенно повышает пластичность интерметаллида Ti3Al, несколько снижая жаропрочность. Повышение пластичности Ti3Al при легировании ниобием объясняют некоторым уменьшением степени порядка. Этот сплав обладает более высоким комплексом свойств по сравнению с альфа-2.
Титановые деформируемые сплавы Легирование титана позволяет в 2-3 раза повысить его прочность, иногда и коррозионную стойкость. Основной легирующий элемент в промышленных титановых сплавах — алюминий. На основе системы Ti-Al разработана серия свариваемых титановых сплавов. Алюминий присутствует почти во всех сплавах на основе титана.
Значение системы Ti-Al для титановых сплавов сравнимо со значением системы Fe-C для сплавов на основе железа. Другие важные легирующие добавки — ванадий и молибден. В соответствии с наметившейся тенденцией многокомпонентного легирования многие современные титановые сплавы содержат одновременно алюминий, ванадий и молибден.
В промышленных титановых сплавах в качестве легирующих компонентов применяются также хром, марганец, железо, медь, олово, цирконий, вольфрам, реже — ниобий и тантал, в некоторых композициях опытных сплавов — галлий, сурьма, висмут, но широкого промышленного применения такие сплавы пока не нашли.
Палладий и платину добавляют к чистому титану для повышения его стойкости в сильных коррозионных средах, в частности, в минеральных кислотах. Из неметаллов наибольшее значение имеют кремний, обычно вводимый для повышения жаропрочности, и бор, оказывающий модифицирующее действие, а также элементы, образующие твердые растворы типа внедрения — углерод, кислород, азот, водород. Это вредные примеси, содержание их должно быть минимальным. Прочность технического титана разных марок определяется именно содержанием примеси кислорода и меньше — другими примесями.
В промышленных условиях содержание примесей в исходном титане учитывается по их суммарному действию на временное сопротивление разрыву, что позволяет избавиться от химического анализа на каждую примесь и связанных с этим ошибок из-за неравномерного распределения их в титановой губке.
В связи с последними достижениями в разработке технологии сверхбыстрого затвердевания металлических расплавов в качестве легирующих компонентов приобретают растущее значение новые легирующие элементы, ранее считавшиеся неперспективными из-за их малой растворимости в твердом состоянии.
Для титана — это редкоземельные элементы, с помощью которых при новой технологии можно получать жаропрочные титановые сплавы с термически стабильным дисперсионным упрочнением. Существуют три группы легирующих элементов, оказывающих различное влияние на температуру полиморфного превращения титана. Это алюминий, галлий и индий и неметаллы — углерод, азот и кислород.
Их можно разбить на три подгруппы. Это ванадий, молибден, ниобий, тантал. Третья группа представлена легирующими элементами, мало влияющими на температуру полиморфного превращения титана. Легирующие элементы и примеси в титане можно также разделить на элементы замещения и внедрения. Итоговую классификацию легирующих элементов и примесей в титане можно представить схемой, приведенной на рис. В структуре сплавов могут быть карбиды, гидриды и другие металлидные фазы, например силициды, встречаемые обычно в небольших количествах.
Основу промышленных сплавов составляет система Al-Ti. Алюминий практически присутствует во всех сплавах титана. Алюминий также снижает плотность сплавов и их стоимость. Эти сплавы могут подвергаться только отжигу для снятия напряжений и нагартовки.
В условиях промышленного производства возможно прогнозировать свойства по микроструктуре крупногабаритных штамповок. Однако вследствие сложности ее могут возникать затруднения в ходе УЗ-контроля. Двухфазная структура сплавов возникает при нагреве под закалку и фиксируется резким охлаждением. Они обладают ограниченной свариваемосью, после сварки необходима термообработка сварных швов. Следующие после алюминия по важности легирующие элементы титановых сплавов — ванадий и молибден.
Система Ti-Al-V составляет основу большинства высокопрочных титановых сплавов, а система Ti-Al-Mo — основу жаропрочных титановых сплавов. В табл. Характеристики легирующих элементов и их влияние на свойства титановых сплавов Цирконий. Цирконий, как и гафний, — ближайший аналог титана, имеет близкую температуру плавления и также обладает полиморфизмом.
Однако при повышенных температурах упрочняющее действие циркония проявляется сильнее. По этой причине цирконий нередко входит в состав жаропрочных титановых сплавов. Титан и титановые сплавы различного назначения Гафний.
Примером этому служит наиболее популярный сплав типа 6-4, соответствующий марке ВТ6. Другим преимуществом ванадия как легирующего элемента в титановых сплавах является отсутствие в системе Ti-V эвтектоидных реакций и металлидных фаз. Этим почти исключается возникновение хрупкости при любых ошибках в проведении технологических процессов, связанных с нагревом. Достоинство сплавов Ti-V — очень узкий интервал кристаллизации, поэтому сплав ВТ6 успешно применяется для фасонного литья.
Ниобий как легирующая добавка к титановым сплавам применяется реже, чем ванадий и молибден. Упрочняющий эффект от легирования титана ниобием при комнатной температуре небольшой. В качестве легирующей добавки тантал применяется еще реже, чем ниобий. Добавка молибдена эффективно повышает прочность сплавов при комнатной и высоких температурах, а также повышает термическую стабильность сплавов, содержащих хром и железо.
Молибден — один из основных компонентов большинства титановых сплавов. Недостаток молибдена — его высокая температура плавления, затрудняющая получение гомогенных сплавов с титаном, а также высокая плотность. Однако в промышленных титановых сплавах присутствует легкоплавкий алюминий, поэтому возможно вводить молибден через лигатуру с алюминием, получаемую алюминотермией. Введение равного или несколько большего количества молибдена позволяет затормозить эвтектоидную реакцию в системе Ti-Cr.
Полученный таким способом сплав ВТЗ-1 обладает вполне достаточной термической стабильностью и является одним из широко распространенных отечественных титановых сплавов.
Благодаря более высокой температуре монотектоидной реакции термическая стабильность сплавов Ti-W гораздо выше, чем сплавов Ti-Cr.
Поскольку вольфрам повышает жаропрочность, он наряду с молибденом используется в качестве легирующей добавки к жаропрочным титановым сплавам. Получение гомогенных сплавов титана с вольфрамом представляет некоторые трудности ввиду большой разницы в плотности и температуре плавления. При этом в отличие от металлов водород образует раствор типа внедрения и относится к категории вредных примесей, так как вызывает водородную хрупкость титановых сплавов.
При достаточно высоком содержании примеси водорода хрупкость наблюдается у титановых сплавов всех типов. При содержании примеси водорода, допускаемом техническими условиями, водородная хрупкость обычно не проявляется.
При современной технологии вакуумной плавки содержание примеси водорода в титановых полуфабрикатах обычно не превышает допустимых пределов. Наиболее вероятной причиной наводораживания является кислотное травление, применяемое для удаления окисленного слоя.
Наводораживание при травлении носит поверхностный характер гидридная пленка и в деталях большого сечения, подвергаемых круговой механической обработке, этот гидридный слой удаляется вместе со стружкой.
При последующем старении из него выделяется Тi2Cu в дисперсной форме, что сопровождается упрочнением. Серебро как легирующая добавка к титановым сплавам не получило применения, но играет важную роль как один из компонентов припоев для вакуумной пайки титана. О практическом использовании сплавов Ti-Au сведений не имеется, но, возможно, такие сплавы обладают повышенной коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах.
В техническом титане и конструкционных титановых сплавах, где требуется высокая ударная вязкость, кремний считается вредной примесью, так как, присутствуя даже в небольших количествах сотых долей процента , резко снижает эту характеристику. Однако в жаропрочных титановых сплавах кремний — одна из важных легирующих добавок, обеспечивающих повышение жаропрочности и жаростойкости.
Однако даже и при этих концентрациях можно наблюдать мелкие включения силицида титана Ti5Si3, которые играют некоторую роль в повышении жаропрочности. При легировании титана оловом пластичность при комнатной температуре почти не снижается, жаропрочность повышается.
Олово повышает технологическую пластичность двойных сплавов Ti-Al. Недостаток марганца — высокая упругость пара, что требует применения нейтрального газа при плавке взамен вакуума. Эвтектоидный распад в этой системе происходит очень медленно, и поэтому сплавы с небольшой добавкой кобальта должны обладать достаточной термической стабильностью.
Нет сведений о применении никеля в качестве легирующей добавки к обычным титановым сплавам. Однако система Ti-Ni.
453 :: 454 :: 455 :: 456 :: 457 :: 458 :: 459 :: 460 :: 461