Титан и его сплавы. Титан – легкий металл серебристо-белого цвета с температурой плавления 1671 °С

Титан – легкий металл серебристо-белого цвета с температурой плавления 1671 °С. Полиморфные модификации: до 882 °С устойчива a-фаза с ГПУ решеткой с периодами а = 0,296 нм, с = 0,472 нм; выше 882 °С – b-фаза с ОЦК решеткой (а = 0,332 нм при 900 °С). Плотность a-фазы при комнатной температуре – 4,5 г/см³. Механические свойства титана (s_в = 300 МПа, твердость 100 НВ) сильно зависят от его чистоты и состояния. Чистый титан сохраняет высокую пластичность (δ = 20 %, y = 50 %) при охлаждении до температуры жидкого гелия (–269 °С), но при попадании всего 0,03 % водорода, 0,2 % азота или 0,7 % кислорода титан теряет способность к пластической деформации.

Титановые сплавы. Компоненты сплава образуют с титаном твердые растворы замещения и изменяют температуру a®b превращения.

Элементы, повышающие температуру a®b превращения, называются a- стабилизаторами (рис. 9.1, а). Практическое значение имеет только легирование алюминием. Это сплавы средней прочности, они не упрочняются термической обработкой, имеют отличные литейные свойства, хорошо свариваются. Низколегированные a-сплавы и технический титан поддаются листовой штамповке в холодном состоянии.

Элементы, понижающие температуру превращения a®b, называются b- стабилизаторами (рис. 9.1, б). Некоторые b-стабилизаторы образуют интерметаллические соединения: при охлаждении b-фаза претерпевает эвтектоидное превращение: b®a + TiМе (рис. 6.1, в). Сплавы на основе b-структуры пластичны (поддаются холодной листовой штамповке), хорошо свариваются. После старения приобретают высокую прочность, но выше 300 °С становятся хрупкими. Нейтральные стабилизаторы (рис. 9.1, г) не влияют на фазовый состав сплавов.

Двухфазные сплавы (a+b) – большая группа промышленных титановых сплавов, отличающихся более высокой пластичностью, чем a-сплавы. Могут термически упрочняться, обладают высокой жаропрочностью, но плохо свариваются. Для повышения износостойкости сплавы подвергают цементации или азотированию. Основной недостаток титановых сплавов – плохая обрабатываемость резанием и низкие антифрикционные свойства. По способу производства различаются деформируемые и литейные сплавы. Титановые сплавы применяются в ракето- и авиастроении (корпуса двигателей, сопла, детали крепежа), химическом производстве (компрессоры, клапаны, криогенная техника), судостроении (гребные винты, обшивка морских судов).