Титан вт 20 свойства

Металл титан

Титан обладает высокой прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и при этом имеет сравнительно небольшую массу, что делает его применение незаменимым в областях, где важны хорошие механические свойства изделий одновременно с их массой. На странице представлено описание данного металла: физические, химические свойства, области применения, марки и его сплавов, виды продукции.

Основные сведения

История открытия

Свойства титана

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева Ti расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях металл четырехвалентен. По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам. Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4 °С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения почти в два раза больше, чем у железа.

Известны две аллотропические модификации титана (две разновидности данного металла, имеющие одинаковый химический состав, но различное строение и свойства). Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 °С и высокотемпературная бетта-модификация, устойчивая от 882,5 °С и до температуры плавления.

По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом. Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. Но указанный материал может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью.

Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза – железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возрастает.

Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию. Модули упругости характеризуют способность материала упруго деформироваться при приложении к нему силы. Анизотропия заключается в различии свойств упругости в зависимости от направления действия силы. С повышением температуры до 350 °С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону. Небольшое значение модулей упругости Ti – существенный его недостаток, т.к. в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечения изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности.

Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивление, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10 -8 до 80·10 -6 Ом·см. При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником.

Титан – парамагнитный металл. Обычно у парамагнитных веществ магнитная восприимчивость при нагревании уменьшается. Магнитная восприимчивость характеризует связь между намагниченностью вещества и магнитным полем в этом веществе. Данный материал составляет исключение из этого правила – его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.

Физические и механические свойства

Свойство Титан
Атомный номер 22
Атомная масса 47,00
Плотность при 20°С, г/cм 3 4,505
Температура плавления, °С 1668
Температура кипения, °С 3260
Скрытая теплота плавления, Дж/г 358
Скрытая теплота испарения, кДж/г 8,97
Теплота плавления, кДж/моль 18,8
Теплота испарения, кДж/моль 422,6
Молярный объем, см³/моль 10,6
Удельная теплоемкость при 20°С, кДж/(кг·°С) 0,54
Удельная теплопроводность при 20°С, Вт/(м·К) 18,85
Коэффициент линейного термического расширения при 25°С, 10 -6 м/мК 8,15
Удельное электросопротивление при 20°С, Ом·см·10 -6 45
Модуль нормальной упругости, гПа 112
Модуль сдвига, гПа 41
Коэффициент Пуассона 0,32
Твердость, НВ 130. 150
Цвет искры Ослепительно-белый длинный насыщенный пучок искр
Группа металлов Тугоплавкий, легкий металл

Химические свойства

Свойство Титан
Ковалентный радиус: 132 пм
Радиус иона: (+4e) 68 (+2e) 94 пм
Электроотрицательность (по Полингу): 1,54
Электродный потенциал: – 1,63
Степени окисления: 2, 3, 4

Марки титана и сплавов

Наиболее распространенными марками титана являются ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-00св. Титан указанных марок называется техническим. Данные марки не содержат в своем составе легирующие элементы, только незначительное количество примесей. Содержание Ti в марке ВТ1-0 составляет приблизительно 99,24-99,7%, в ВТ1-00 – 99,58-99,9%, ВТ1-00св – 99,39-99,9%. ВТ1-0, ВТ1-00 поставляется в виде листов, плит, прутков и труб. Проволока чаще всего используется для различных сварочных целей и производится из марки ВТ1-00св.

В настоящее время известно довольно большое число серийных титановых сплавов, отличающихся по химическому составу, механическим и технологическим свойствам. Наиболее распространенные легирующие элементы в таких материалах: алюминий, ванадий, молибден, марганец, хром, кремний, олово, цирконий, железо.

Титановый сплав ВТ5 содержит 5% алюминия. Он отличается более высокими прочностными свойствами по сравнению с титаном, но его технологичность невелика. Сплав куется, прокатывается, штампуется и хорошо сваривается. Из марки ВТ5 получают титановые прутки (круги), проволоку и трубы, а также листы. Его применяют при изготовлении деталей, работающих при температуре до 400 °С.

Сплав титана ВТ5-1 помимо 5% алюминия содержит 2-3% олова. Олово улучшает его технологические свойства. Из марки ВТ5-1 изготавливают все виды полуфабрикатов, получаемых обработкой давлением: титановые плиты, а также листы, поковки, штамповки, профили, трубы и проволоку. Он предназначен для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур: от криогенных (отрицательных) до + 450 °С.

Титановые сплавы ОТ4 и ОТ4-1 в качестве легирующих элементов содержат алюминий и марганец. Они обладают высокой технологической пластичностью (хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии) и хорошо свариваются всеми видами сварки. Указанный материал идет, в основном, на изготовление титановых плит и листов, лент и полос, а также прутков и кругов, поковок, профилей и труб. Из титановых сплавов ОТ4 и ОТ4-1 изготовляют с применением сварки, штамповки и гибки детали, работающие до температуры 350 °С. Данные материалы имеют недостатки: 1) сравнительно невысокая прочность и жаропрочность; 2) большая склонность к водородной хрупкости. В сплаве ПТ3В марганец заменяется на ванадий.

Титановый сплав ВТ20 разрабатывали как более прочный листовой материал по сравнению с ВТ5-1. Упрочнение марки ВТ20 обусловлено ее легированием, помимо алюминия, цирконием и небольшими количествами молибдена и ванадия. Технологическая пластичность сплава ВТ20 невысока из-за большого содержания алюминия, однако, он отличается высокой жаропрочностью. Данный материал хорошо сваривается, прочность сварного соединения равна прочности основного металла. Сплав предназначен для изготовления изделий, работающих длительное время при температурах до 500 °С.

Титановый сплав ВТ3-1 относится к системе Ti – Al – Cr – Mo – Fe – Si. Он обычно подвергается изотермическому отжигу. Такой отжиг обеспечивает наиболее высокую термическую стабильность и максимальную пластичность. Марка ВТ3-1 относится к числу наиболее освоенных в производстве сплавов. Он предназначен для длительной работы при 400 – 450 °С; это жаропрочный материал с довольно высокой длительной прочностью. Из него поставляют прутки (титановые круги), профили, плиты, поковки, штамповки.

Достоинства / недостатки

    Достоинства:
  • малая плотность (4500 кг/м 3 ) способствует уменьшению массы выпускаемых изделий;
  • высокая механическая прочность. Стоит отметить, что при повышенных температурах (250-500 °С) титановые сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния;
  • необычайно высокая коррозионная стойкость, обусловленная способностью Ti образовывать на поверхности тонкие (5-15 мкм) сплошные пленки оксида ТiO2, прочно связанные с массой металла;
  • удельная прочность (отношение прочности и плотности) лучших титановых сплавов достигает 30-35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легированных сталей.
    Недостатки:
  • высокая стоимость производства, Ti значительно дороже железа, алюминия, меди, магния;
  • активное взаимодействие при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, со всеми газами, составляющими атмосферу, в результате чего Ti и его сплавы можно плавить лишь в вакууме или в среде инертных газов;
  • трудности вовлечения в производство титановых отходов;
  • плохие антифрикционные свойства, обусловленные налипанием Ti на многие материалы; титан в паре с титаном вообще не может работать на трение;
  • высокая склонность Ti и многих его сплавов к водородной хрупкости и солевой коррозии;
  • плохая обрабатываемость резанием, аналогичная обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса;
  • большая химическая активность, склонность к росту зерна при высокой температуре и фазовые превращения при сварочном цикле вызывают трудности при сварке титана.

Области применения

Основная часть титана расходуется на нужды авиационной и ракетной техники и морского судостроения. Его, а также ферротитан используют как легирующую добавку к качественным сталям и как раскислитель. Технический титан идет на изготовление емкостей, химических реакторов, трубопроводов, арматуры, насосов, клапанов и других изделий, работающих в агрессивных средах. Из компактного титана изготавливают сетки и другие детали электровакуумных приборов, работающих при высоких температурах.

По использованию в качестве конструкционного материала Ti находится на 4-ом месте, уступая лишь Al, Fe и Mg. Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов. Биологическая безвредность данного металла делает его превосходным материалом для пищевой промышленности и восстановительной хирургии.

Титан и его сплавы нашли широкое применение в технике ввиду своей высокой механической прочности, которая сохраняется при высоких температурах, коррозионной стойкости, жаропрочности, удельной прочности, малой плотности и прочих полезных свойств. Высокая стоимость данного металла и материалов на его основе во многих случаях компенсируется их большей работоспособностью, а в некоторых случаях они являются единственным сырьем, из которого можно изготовить оборудование или конструкции, способные работать в данных конкретных условиях.

Титановые сплавы играют большую роль в авиационной технике, где стремятся получить наиболее легкую конструкцию в сочетании с необходимой прочностью. Ti легок по сравнению с другими металлами, но в то же время может работать при высоких температурах. Из материалов на основе Ti изготавливают обшивку, детали крепления, силовой набор, детали шасси, различные агрегаты. Также данные материалы применяются в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Это позволяет уменьшить их массу на 10-25%. Из титановых сплавов производят диски и лопатки компрессоров, детали воздухозаборников и направляющих в двигателях, различный крепеж.

Еще одной областью применения является ракетостроение. Ввиду кратковременной работы двигателей и быстрого прохождения плотных слоев атмосферы в ракетостроении в значительной мере снимаются проблемы усталостной прочности, статической выносливости и отчасти ползучести.

Технический титан из-за недостаточно высокой тепловой прочности не пригоден для применения в авиации, но благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии в ряде случаев незаменим в химической промышленности и судостроении. Так его применяют при изготовлении компрессоров и насосов для перекачки таких агрессивных сред, как серная и соляная кислота и их соли, трубопроводов, запорной арматуры, автоклав, различного рода емкостей, фильтров и т. п. Только Ti обладает коррозионной стойкостью в таких средах, как влажный хлор, водные и кислые растворы хлора, поэтому из данного металла изготовляют оборудование для хлорной промышленности. Также из него делают теплообменники, работающие в коррозионно активных средах, например в азотной кислоте (не дымящей). В судостроении титан используется для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На данный материал не налипают ракушки, которые резко повышают сопротивление судна при его движении.

Титановые сплавы перспективны для использования во многих других применениях, но их распространение в технике сдерживается высокой стоимостью и недостаточной распространенностью данного металла.

Соединения титана также получили широкое применение в различных отраслях промышленности. Карбид (TiC) обладает высокой твердостью и применяется в производстве режущих инструментов и абразивных материалов. Белый диоксид (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Титанорганические соединения (например, тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности. Неорганические соединения Ti применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки. Диборид (TiB2)- важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов. Нитрид (TiN) применяется для покрытия инструментов.

Титан ВТ20

Марка: ВТ20 Класс: Титановый деформируемый сплав
Использование в промышленности: детали, длительно работающие при температуре до 500°; коррозионная стойкость хорошая; класс по структуре псевдо α
Химический состав в % сплава ВТ20
Fe до 0,3

Легирование металла шва титана ВТ20 при сварке: сплав ВТ20 системы Al-Мо-V-Zr является типичным сплавом с малым содержанием изоморфных p-стабилизаторов в пределах их растворимости в а-фазе. Количество остаточной в-фазы в нем незначительно, поэтому при всех видах ручной и автоматической сварки, без присадочного металла и с введением низколегированных присадочных проволок, металл шва и околошовной зоны имеет игольчатое строение а`-фазы, крупнозернистое в металле шва и более мелкозернистое в зоне термического влияния.

При сварке металла толщиной до 5,0 мм используют присадку из а-сплава Ti – 3,0%Al, для больших толщин применяют проволоки систем Ti-Al-V-Zr или Ti-Al-V-Mo-Zr с пониженным содержанием Al по сравнению с основным металлом (табл. ниже). При сварке сплава ВТ6С толщиной более 10-12 мм использование нелегированной проволоки либо проволоки, легированной а-стабилизатором – алюминием в количестве 2-4%, существенно понижает прочность металла шва по сравнению с прочностью основного металла. Шов имеет большой запас пластичности, но не воспринимает упрочняющей термической обработки.

Механические свойства сварных соединений сплава ВТ20, выполненных аргоновой сваркой с присадочным металлом различного состава

Вид сварки Состав присадочного металла σв, кгс/мм² α° aн, кгс⋅м/см² αт.у., кгс⋅м/см²
δ = 1,2 мм
Основной металл 107,8‒115,5 40-54
110,7 48
Автоматическая 3,98Al; 2Zr; 0,83Mo; 0,91V 113,4‒115,0 44‒83
114,3 57
Ручная То же 114,2‒114,4 28‒50
114,3 39
Автоматическая 4,74AI; 1,35Zr 1,92V 116,2-116,4 49‒ 62
116,3 55
Ручная То же 108,4‒ 110,1 40‒ 61
109,2 50,5
δ = 3 мм
Основной металл 109‒ 111,2 32‒ 31 4,6‒ 4,9
110,5 33 4,7
Автоматическая 3,98Al; 2Zr; 0,83Mo; 0,91V 107‒ 108,2 30‒ 38 4,7‒ 5,7
107,6 34 5,2
Ручная То же 107,8‒ 107,6 25‒ 29
107,7 27
Автоматическая 4,74AI; 1,35Zr 1,92V 109,1‒ 110,9 26‒ 34
110,0 30
Ручная То же 104,5‒ 107,1 24‒ 40 5,1‒ 6,5
105,8 32‒ 31 5,8
δ = 4 мм
Автоматическая Ti ‒ 3Al 107‒ 109 3,6‒ 6,0 3,2‒ 3,5
108 4,8 4,2
δ = 5 мм
Основной металл 116,7‒117,9 20‒ 33 4‒ 4
117,3 26 4
Автоматическая 3,98Al; 2Zr; 0,83Mo; 0,91V 105,5‒ 112,9 4,9‒ 5,4
109,2 5,1
Ручная То же 103,5‒ 107,7 5,5‒ 6,5
105,6 6,0
Автоматическая 4,74AI; 1,35Zr 1,92V 111,7‒ 114,5 4,6‒ 5,5
113,1 5,1
Ручная То же 104,3‒ 108,2 5,1‒ 6,2
106,1 5,6
δ = 7 мм
Автоматическая Ti ‒ 3Al 102‒ 104 3,8‒ 6,0 3,5‒ 5,7
103 4,9 4,6
δ = 10 мм
Автоматическая Ti ‒ 2Al ‒ 2Zr ‒ 1Mo ‒ 1V 102‒ 103
102,5
Ti ‒ 3Al 100‒ 101 4,8‒ 6,7 4,4‒ 6,2
100,5 5,7 5,3
δ = 20 мм
Автоматическая То же 91‒ 93 3,0‒ 3,5
92 3,2

Примечания: 1. В числителе указаны минимальные и максимальные значения из пяти результатов; в знаменателе – средние значения.
2. αт.у. – удельная работа разрушения образцов с трещиной.

Всё, что необходимо знать о металле ТИТАН (Ti)…

-Титан обладает высокой прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и при этом имеет сравнительно небольшую массу, что делает его применение незаменимым в областях, где важны хорошие механические свойства изделий одновременно с их массой. На странице представлено описание данного металла: физические, химические свойства, области применения, марки и его сплавов, виды продукции.

Основные сведения:
-Титан — химический элемент с порядковым номером 22, атомный вес 47,88, легкий серебристо-белый металл. Плотность 4,51 г/см3, Tпл=1668+(-)5 °С, Tкип=3260 °С. Данный материал сочетает легкость, прочность, высокую коррозионную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапазоне температур.

История открытия:
-Оксид титана TiO2 впервые был обнаружен в 1789 году английским ученым, специалистом в области минералогии У. Грегором, который при исследовании магнитного железистого песка выделил окись неизвестного металла, назвав ее менакеновой. Первый образец металлического титана получил в 1825 году шведский химик и минераловед Й. Я. Берцелиус.

Свойства титана:
-В периодической системе элементов Д. И. Менделеева Ti расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях металл четырехвалентен. По внешнему виду похож на сталь. Титан относится к переходным элементам. Данный металл плавится при довольно высокой температуре (1668±4 °С) и кипит при 3300 °С, скрытая теплота плавления и испарения почти в два раза больше, чем у железа. Известны две аллотропические модификации титана (две разновидности данного металла, имеющие одинаковый химический состав, но различное строение и свойства). Низкотемпературная альфа-модификация, существующая до 882,5 °С и высокотемпературная бетта-модификация, устойчивая от 882,5 °С и до температуры плавления. По плотности и удельной теплоемкости титан занимает промежуточное место между двумя основными конструкционными металлами: алюминием и железом. Стоит также отметить, что его механическая прочность примерно вдвое больше, чем чистого железа, и почти в шесть раз выше, чем алюминия. Но указанный материал может активно поглощать кислород, азот и водород, которые резко снижают пластические свойства металла. С углеродом титан образует тугоплавкие карбиды, обладающие высокой твердостью. Титан обладает низкой теплопроводностью, которая в 13 раз меньше теплопроводности алюминия и в 4 раза — железа. Коэффициент термического расширения при комнатной температуре сравнительно мал, с повышением температуры он возрастает. Модули упругости титана невелики и обнаруживают существенную анизотропию. Модули упругости характеризуют способность материала упруго деформироваться при приложении к нему силы. Анизотропия заключается в различии свойств упругости в зависимости от направления действия силы. С повышением температуры до 350 °С модули упругости уменьшаются почти по линейному закону. Небольшое значение модулей упругости Ti — существенный его недостаток, т.к. в некоторых случаях для получения достаточно жестких конструкций приходится применять большие сечения изделий по сравнению с теми, которые следуют из условий прочности. Титан имеет довольно высокое удельное электросопротивление, которое в зависимости от содержания примесей колеблется в пределах от 42·10-8 до 80·10-6 Ом·см. При температурах ниже 0,45 К он становится сверхпроводником. Титан — парамагнитный металл. Обычно у парамагнитных веществ магнитная восприимчивость при нагревании уменьшается. Магнитная восприимчивость характеризует связь между намагниченностью вещества и магнитным полем в этом веществе. Данный материал составляет исключение из этого правила — его восприимчивость существенно увеличивается с температурой.

Физические и механические свойства:

Химические свойства:

Марки титана и сплавов:
-Наиболее распространенными марками титана являются ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-00св. Титан указанных марок называется техническим. Данные марки не содержат в своем составе легирующие элементы, только незначительное количество примесей. Содержание Ti в марке ВТ1-0 составляет приблизительно 99,24-99,7%, в ВТ1-00 — 99,58-99,9%, ВТ1-00св — 99,39-99,9%. ВТ1-0, ВТ1-00 поставляется в виде листов, плит, прутков и труб. Проволока чаще всего используется для различных сварочных целей и производится из марки ВТ1-00св. В настоящее время известно довольно большое число серийных титановых сплавов, отличающихся по химическому составу, механическим и технологическим свойствам. Наиболее распространенные легирующие элементы в таких материалах: алюминий, ванадий, молибден, марганец, хром, кремний, олово, цирконий, железо. Титановый сплав ВТ5 содержит 5% алюминия. Он отличается более высокими прочностными свойствами по сравнению с титаном, но его технологичность невелика. Сплав куется, прокатывается, штампуется и хорошо сваривается. Из марки ВТ5 получают титановые прутки (круги), проволоку и трубы, а также листы. Его применяют при изготовлении деталей, работающих при температуре до 400 °С. Сплав титана ВТ5-1 помимо 5% алюминия содержит 2-3% олова. Олово улучшает его технологические свойства. Из марки ВТ5-1 изготавливают все виды полуфабрикатов, получаемых обработкой давлением: титановые плиты, а также листы, поковки, штамповки, профили, трубы и проволоку. Он предназначен для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур: от криогенных (отрицательных) до + 450 °С. Титановые сплавы ОТ4 и ОТ4-1 в качестве легирующих элементов содержат алюминий и марганец. Они обладают высокой технологической пластичностью (хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии) и хорошо свариваются всеми видами сварки. Указанный материал идет, в основном, на изготовление титановых плит и листов, лент и полос, а также прутков и кругов, поковок, профилей и труб. Из титановых сплавов ОТ4 и ОТ4-1 изготовляют с применением сварки, штамповки и гибки детали, работающие до температуры 350 °С. Данные материалы имеют недостатки: 1) сравнительно невысокая прочность и жаропрочность; 2) большая склонность к водородной хрупкости. В сплаве ПТ3В марганец заменяется на ванадий. Титановый сплав ВТ20 разрабатывали как более прочный листовой материал по сравнению с ВТ5-1. Упрочнение марки ВТ20 обусловлено ее легированием, помимо алюминия, цирконием и небольшими количествами молибдена и ванадия. Технологическая пластичность сплава ВТ20 невысока из-за большого содержания алюминия, однако, он отличается высокой жаропрочностью. Данный материал хорошо сваривается, прочность сварного соединения равна прочности основного металла. Сплав предназначен для изготовления изделий, работающих длительное время при температурах до 500 °С. Титановый сплав ВТ3-1 относится к системе Ti — Al — Cr — Mo — Fe — Si. Он обычно подвергается изотермическому отжигу. Такой отжиг обеспечивает наиболее высокую термическую стабильность и максимальную пластичность. Марка ВТ3-1 относится к числу наиболее освоенных в производстве сплавов. Он предназначен для длительной работы при 400 — 450 °С; это жаропрочный материал с довольно высокой длительной прочностью. Из него поставляют прутки (титановые круги), профили, плиты, поковки, штамповки.

Достоинства / недостатки:
— Достоинства:
-малая плотность (4500 кг/м3) способствует уменьшению массы выпускаемых изделий;
-высокая механическая прочность. Стоит отметить, что при повышенных температурах (250-500 °С) титановые -сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния;
-необычайно высокая коррозионная стойкость, обусловленная способностью Ti образовывать на поверхности -тонкие (5-15 мкм) сплошные пленки оксида ТiO2, прочно связанные с массой металла;
-удельная прочность (отношение прочности и плотности) лучших титановых сплавов достигает 30-35 и более, что почти вдвое превышает удельную прочность легированных сталей.
— Недостатки:
-высокая стоимость производства, Ti значительно дороже железа, алюминия, меди, магния;
-активное взаимодействие при высоких температурах, особенно в жидком состоянии, со всеми газами, -составляющими атмосферу, в результате чего Ti и его сплавы можно плавить лишь в вакууме или в среде инертных газов;
-трудности вовлечения в производство титановых отходов;
-плохие антифрикционные свойства, обусловленные налипанием Ti на многие материалы; титан в паре с титаном вообще не может работать на трение;
-высокая склонность Ti и многих его сплавов к водородной хрупкости и солевой коррозии;
-плохая обрабатываемость резанием, аналогичная обрабатываемости нержавеющих сталей аустенитного класса;
-большая химическая активность, склонность к росту зерна при высокой температуре и фазовые превращения при сварочном цикле вызывают трудности при сварке титана.

Области применения:
-Основная часть титана расходуется на нужды авиационной и ракетной техники и морского судостроения. Его, а также ферротитан используют как легирующую добавку к качественным сталям и как раскислитель. Технический титан идет на изготовление емкостей, химических реакторов, трубопроводов, арматуры, насосов, клапанов и других изделий, работающих в агрессивных средах. Из компактного титана изготавливают сетки и другие детали электровакуумных приборов, работающих при высоких температурах. По использованию в качестве конструкционного материала Ti находится на 4-ом месте, уступая лишь Al, Fe и Mg. Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов. Биологическая безвредность данного металла делает его превосходным материалом для пищевой промышленности и восстановительной хирургии. Титан и его сплавы нашли широкое применение в технике ввиду своей высокой механической прочности, которая сохраняется при высоких температурах, коррозионной стойкости, жаропрочности, удельной прочности, малой плотности и прочих полезных свойств. Высокая стоимость данного металла и материалов на его основе во многих случаях компенсируется их большей работоспособностью, а в некоторых случаях они являются единственным сырьем, из которого можно изготовить оборудование или конструкции, способные работать в данных конкретных условиях. Титановые сплавы играют большую роль в авиационной технике, где стремятся получить наиболее легкую конструкцию в сочетании с необходимой прочностью. Ti легок по сравнению с другими металлами, но в то же время может работать при высоких температурах. Из материалов на основе Ti изготавливают обшивку, детали крепления, силовой набор, детали шасси, различные агрегаты. Также данные материалы применяются в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Это позволяет уменьшить их массу на 10-25%. Из титановых сплавов производят диски и лопатки компрессоров, детали воздухозаборников и направляющих в двигателях, различный крепеж. Еще одной областью применения является ракетостроение. Ввиду кратковременной работы двигателей и быстрого прохождения плотных слоев атмосферы в ракетостроении в значительной мере снимаются проблемы усталостной прочности, статической выносливости и отчасти ползучести. Технический титан из-за недостаточно высокой тепловой прочности не пригоден для применения в авиации, но благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии в ряде случаев незаменим в химической промышленности и судостроении. Так его применяют при изготовлении компрессоров и насосов для перекачки таких агрессивных сред, как серная и соляная кислота и их соли, трубопроводов, запорной арматуры, автоклав, различного рода емкостей, фильтров и т. п. Только Ti обладает коррозионной стойкостью в таких средах, как влажный хлор, водные и кислые растворы хлора, поэтому из данного металла изготовляют оборудование для хлорной промышленности. Также из него делают теплообменники, работающие в коррозионно активных средах, например в азотной кислоте (не дымящей). В судостроении титан используется для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На данный материал не налипают ракушки, которые резко повышают сопротивление судна при его движении. Титановые сплавы перспективны для использования во многих других применениях, но их распространение в технике сдерживается высокой стоимостью и недостаточной распространенностью данного металла. Соединения титана также получили широкое применение в различных отраслях промышленности. Карбид (TiC) обладает высокой твердостью и применяется в производстве режущих инструментов и абразивных материалов. Белый диоксид (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Титанорганические соединения (например, тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности. Неорганические соединения Ti применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки. Диборид (TiB2)- важный компонент сверхтвердых материалов для обработки металлов. Нитрид (TiN) применяется для покрытия инструментов.

-Удачной Вам эксплуатации и спасибо за внимание! Надеюсь, что помог Вам!
-С уважением DrPavlov.

ВТ20 – Титановый деформируемый сплав

Применение:

детали, длительно работающие при температуре до 500°; коррозионная стойкость хорошая; класс по структуре псевдо ?

Химический состав в % материала ВТ20

Fe C Si Mo V N Ti Al Zr O H Примесей
до 0.25 до 0.1 до 0.15 0.5 – 2 0.8 – 2.5 до 0.05 85.15 – 91.4 5.5 – 7 1.5 – 2.5 до 0.15 до 0.015 прочих 0.3

Технологические свойства материала ВТ20

Свариваемость: без ограничений.

Механические свойства при Т=20 o С материала ВТ20

Сортамент Размер Напр. s в s T d 5 y KCU Термообр.
мм МПа МПа % % кДж / м 2
Лист отожжен., ГОСТ 22178-76 930-980 6-12 Отжиг
Пруток, ГОСТ 26492-85 885 7-8 20 250-300 Отжиг
Пруток, повышенн. качество, ГОСТ 26492-85 885-1130 8-10 20-25 300-400 Отжиг
Плита, ГОСТ 23755-79 11 – 100 880-1130 5-6 10-12 300 Отжиг

Твердость ВТ20 , HB 10 -1 = 255 – 341 МПа

Физические свойства материала ВТ20

T E 10 – 5 a 10 6 l r C R 10 9
Град МПа 1/Град Вт/(м·град) кг/м 3 Дж/(кг·град) Ом·м
20 1.12 8 4450 1110
100 8.3 8.8
200 8.3 10.2 0.587
300 9 10.9 0.628
400 9.2 12.2 0.67
500 9.3 13.8 0.712
600 9.5 15.1
T E 10 – 5 a 10 6 l r C R 10 9

Марки стали и сплавов

  • Черные металлы, стали, чугун
  • Цветные металлы и сплавы
    • Алюминий
    • Бронза
    • Золото
    • Латунь (медно-цинковый сплав)
    • Магний
    • Медь
    • Никель
    • Олово
    • Палладий
    • Платина
    • Свинец
    • Серебро
    • Титан
    • Цинк
  • Прочие стали и сплавы
  • Зарубежные аналоги

Характеристики станков

  • токарные станки
  • сверлильные станки
  • расточные станки
  • шлифовальные станки
  • заточные станки
  • электро станки
  • зубообрабатывающие станки
  • резьбообрабатывающие станки
  • фрезерные станки
  • строгальные станки
  • долбежные станки
  • протяжные станки
  • отрезные станки
  • прочее оборудование

Характеристики КПО

  • прессы механические
  • прессы гидравлические
  • машины гибочные и правильные
  • машины и вальцы ковочные
  • ножницы
  • автоматы кузнечно-прессовые
  • молоты
  • комплексы оборудования на базе кузнечно-прессовых машин
  • автоматические производственные линии
  • устройства механизации и автоматизации к кузнечно-прессовому оборудованию
  • Разное кузнечно прессовое оборудование

Характеристики импортного оборудования

  • Токарные станки
  • Сверлильные станки
  • Расточные станки
  • Шлифовальные станки
  • Заточные станки
  • Электроэррозионные станки
  • Зубообрабатывающие станки
  • Фрезерные станки
  • Кузнечно-прессовое оборудование
  • Прочее оборудование
  • Трубообрабатывающие станки
  • Ленточнопильные станки
  • Обрабатывающие центры
  • Хонинговальные станки

Характеристики насосного оборудования

  • Вакуумные насосы
  • Дренажные, песковые, шламовые насосы
  • Насосные станции, установки и мотопомпы
  • Насосы для бочек
  • Насосы для воды
  • Насосы для скважин и колодцев
  • Насосы для топлива
  • Насосы химические и для агрессивных сред
  • Фекальные насосы
  • Прочие поверхностные насосы
  • Прочие погружные насосы
  • Прочие самовсасывающие и циркуляционные насосы
  • Прочие насосы

Характеристики Электротехнического оборудования

  • Аппараты высокого напряжения (свыше 1000 В)
  • Аппараты низкого напряжения
  • Изделия порошковой металлургии
  • Кабельные изделия
  • Комплексные устройства управления электроприводами. Электропривод
  • Комплектные устройства управления, распределения электрической энергии и защиты на напряжение до 1000 В
  • Медицинская техника
  • Оборудование насосное (насосы, агрегаты и установки насосные)
  • Оборудование для кондиционирования воздуха и вентиляции
  • Полупроводниковые приборы и преобразователи на их основе
  • Приборы и средства автоматизации общепромышленного назначения
  • Светотехнические изделия
  • Силовые конденсаторы и конденсаторные установки
  • Технологическое оборудование
  • Трансформаторы (автотрансформаторы). Комплектные трансформаторные подстанции. Реакторы
  • Тяговое и крановое электрооборудование
  • Ультразвуковое оборудование
  • Химические и физические источники тока
  • Электрические машины
  • Электроизоляционные материалы
  • Электрокерамические изделия, изоляторы
  • Электросварочное оборудование
  • Электротермическое оборудование
  • Электроугольные изделия

Прочее оборудование

Новости

10.02.19 – Добавлены характеристики на холодильное оборудование

01.11.17 – Добавлены характеристики на насосное оборудование

16.02.17 – Обновлены характеристики на пресс КА4537

Делитесь информацией

Не нашли на портале характеристики на нужное вам оборудование?
Отправьте нам модель отсутствующего у нас оборудования, и мы Вас оповестим, как только добавим характеристики этого оборудования на сайт.

Титан ВТ20 деформируемый

Компания «МПСтар» реализует прутья круглые и листы из титана ВТ20по минимальным ценам в ассортименте. Все виды изделий производятся согласно соответствующим ГОСТам. При необходимости осуществляем продажу кусками/заготовками. Также мы оказываем сопутствующие услуги по металлообработке, упаковке, хранению и доставке товара в различные регионы России.

Обеспечим Вам комфортный сервис полного цикла. Гибкая система скидок. Свой автопарк – бесплатная доставка по Москве в течение 1 дня. Доставка в регионы за 2-3 суток (бесплатная доставка до терминала транспортной компании).

Характеристики и химический состав сплава

Состав титанового сплава ВТ20 регламентирован ГОСТ 19807-91. В него входят:

  • 85,15% титана;
  • до 0,25% железа;
  • до 2% молибдена;
  • до 7% алюминия;
  • до 2,5% ванадия;
  • до 2,5% циркония;
  • 0,1% углерода;
  • 0,15% кремния;
  • 0,05% азота;
  • до 0,15% кислорода;
  • 0,015% водорода.

Это деформируемый технический титан, который обладает антикоррозийными свойствами, является жаростойким и отличается повышенной прочностью. Сплав считается смешанным, в нем объединяются многие свойства других материалов. Он имеет хороший уровень пластичности, а по типу кристаллической решетки относится к группе псевдо-α. Роль легирующих компонентов здесь выполняют ванадий, цирконий и алюминий. В состав сплава также входят и другие материалы, влияющие на его свойства.

Материал отлично сваривается и может отжигаться для улучшения физических свойств. Он подходит для производства деталей, которые долго работают в условиях нагрева до 500 градусов, а также пользуется спросом в машиностротельной сфере.

Цена титана ВТ20

Круг титановый ВТ20 Наличие, размеры и цены уточняйте в каталоге.
Лист титановый ВТ20 Наличие, размеры и цены уточняйте в каталоге.

Уточнить информацию по актуальному ассортименту предлагаемых нами изделий из титана ВТ20, Вы можете у наших менеджеров.

Сферы применения

Активно эксплуатируется этот материал для производства резьбовых и крепежных деталей, которые используются при температурах до 500 градусов. К структуре прутков выдвигаются дополнительные требования, согласно которым она должна быть однородной и мелкозернистой.

Также выдвигаются повышенные требования к размерам прутков и надежности их поверхности. Материал обладает хорошей коррозионной стойкостью и имеет высокий предел выносливости. Может использоваться в качестве материала для обшивки крыла или корпуса планеров, а также производства труб судостроительного предназначения (они же подойдут для химпроизводств, нефтедобычи и космической отрасли).

Купите титан ВТ20 выгодно.

Предлагаем купитьпрокат титанана выгодных условиях:

  • Большой выбор сортамента и типоразмерного ряда.
  • Возможность дополнительной обработки металла – резка, гибка, цинкование, перфорация
  • Продажа кусками и заготовками
  • Реализация изделия, как оптом, так и в розницу.
  • Цены без комиссий посредников.
  • Различные способы и условия оплаты.
  • Гибкая система скидок для оптовых и постоянных партнеров.
  • Бесплатные профессиональные консультации.
  • Возможность предварительной комплектации заказа на складе.
  • Быстрые сроки доставки. Отгрузка оплаченного товара в течение суток по Москве.
  • Доставка в регионы России за 2-3 дня. При необходимости мы самостоятельно просчитаем и закажем услуги транспортной компании. Доставка до терминала транспортной компании бесплатная.
  • Упаковка товара в соответствии с требованиями заказчика. Есть возможность использования нескольких типов упаковки: полиэстеровой ленты ПЭТ и полиэтиленовой пленки ПВХ.
  • Возможность хранения товара на нашем складе до отгрузки.
  • Возврат товара в соответствии с законодательством РФ.

Продажа титанового проката со склада в Москве.

Продажа проката титана, осуществляется со склада в Москве, расположенного по адресу: 111123, г. Москва, ш. Энтузиастов, д. 56, стр. 44

Получить оплаченный товар можно путем самовывоза или с помощью доставки, которую осуществит наша компания. Собственный автопарк, состоящий из автомобилей различной тоннажности, позволит нам недорого и оперативно доставить заказ до Вашего объекта.

При заказе продукции от 100 кг. доставка будет для Вас бесплатной.

Отгрузка и доставка оплаченного товара производится в течение одних суток.

Телефон отдела продаж в Москве: +7 (495) 662-73-93

Телефон отдела продаж в регионах: 8-800-200-73-93

Титан вт 20 свойства

Электронный научный журнал “ТРУДЫ ВИАМ”

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

  • О Журнале
  • Редакционный совет
  • Правила направления, рецензирования и опубликования статей
  • Этические нормы
  • Открытый доступ к содержанию журнала
  • Свежий номер
  • Архив
  • Архив 1932-1994
  • Наши авторы
  • Контакты

Авторизация

Статьи

  • 2021
  • 2020
  • 2019
  • 2018
  • 2017
  • 2016
  • 2015
  • 2014
  • 2013

Рассмотрены литейные титановые сплавы, применяемые в конструкции авиационных изделий и двигателей. Представлены описания литейных свойств титановых сплавов. Изложены требования к отливкам из титановых сплавов, указанные в отраслевой нормативно-технической документации. Рассмотрены основные характеристики их свойств, достоинства и недостатки. Описаны некоторые методы повышения показателей механических свойств. Сделаны выводы о современной ситуации в области авиационных литейных титановых сплавов и изделий из них.

Введение

Широкое применение титановых сплавов в конструкциях авиационной и ракетной техники началось еще в середине 1960-х гг. Причиной этого стали известные преимущества титановых сплавов – например, такие как более высокая удельная прочность (отношение прочностных характеристик к плотности) в широком интервале температур по сравнению со сплавами алюминия, сталями и другими сплавами (табл. 1), а также коррозионная стойкость в различных средах [1–3]. Повышение удельной прочности материала деталей, как известно, ведет к облегчению конструкции, что является одним из основополагающих принципов современных разработок, и отражено в стратегии развития ФГУП «ВИАМ» [4].

Сравнительные удельные характеристики сплавов на основе Ti, Al, Mg и Fe [5]

Плотность d, кг/м 3

Предел прочности при растяжении σв, МПа

В настоящее время наибольшее распространение получили литейные и деформируемые титановые сплавы. Литейные сплавы имеют меньшие прочность, пластичность и сопротивление усталости по сравнению с деформируемыми. Однако у литейных сплавов имеются и неоспоримые преимущества – возможность изготовления из них широкой номенклатуры сложнопрофильных фасонных деталей, а также повышенный (по сравнению с заготовками, обрабатываемыми давлением и последующей механической обработкой) коэффициент использования материала (КИМ). При изготовлении сложных титановых деталей из штампованных заготовок КИМ составляет 0,05–0,15. Применение фасонного литья для получения таких же деталей, или близких к ним по геометрической форме, позволяет повысить КИМ до 0,3 и более [2]. Несмотря на описанные преимущества, внедрение литейных титановых сплавов в машиностроительную отрасль началось гораздо позднее, чем деформируемых. Как известно, титан активно взаимодействует с газами и формовочными материалами в расплавленном состоянии, в связи с этим потребовалась разработка принципиально нового класса оборудования – вакуумного. Проблема взаимодействия с формовочными материалами в настоящее время также решена – формы изготавливают из графита, корунда, магнезита и силикатного песка ‒ материалов, имеющих наименьшее взаимодействие с расплавленным металлом [6].

Литейные характеристики сплавов на основе титана

Возможность применения деталей, изготовленных литьем, для изделий ответственного назначения, в том числе авиационных, зависит не только от уровня их механических характеристик, но и от комплекса литейных свойств выбранного сплава. Основополагающими литейными свойствами являются заполняемость и жидкотекучесть, температурный интервал кристаллизации, линейная и объемная усадка, остаточные макронапряжения.

Титановые сплавы от природы обладают довольно хорошими литейными свойствами. Соответственно двойной диаграмме состояния Ti–Al температурный интервал кристаллизации такой системы небольшой [6, 7]. Легирование сплавов другими элементами оказывает некоторое влияние на температурный интервал кристаллизации [8, 9], но для большинства используемых композиций он обычно не превышает 50–70 °С (табл. 2).

Температуры ликвидус и солидус литейных титановых сплавов [10]

Жидкотекучесть– характеристика, показывающая способность сплава заполнять форму и определяемая по прекращению течения расплава в каналах специальных проб. Жидкотекучесть титановых сплавов находится приблизительно на уровне жидкотекучести углеродистой стали и наиболее эффективно повышается при легировании титана алюминием. Такие элементы, как цирконий, молибден, ниобий и олово, оказывают незначительное влияние на жидкотекучесть сплавов, а хром, марганец, железо, медь и кремний ухудшают ее.

Практически все литейные титановые сплавы, применяемые в авиа- и машиностроении, имеют близкие значения усадки. Линейная усадка сплавов в среднем составляет 1,5 % при литье в керамическую форму и

2 % – в металлическую. Объемная усадка составляет

Остаточные напряжения I рода (макронапряжения) оказывают особенно заметное влияние на коробление крупных корпусных отливок. Для того чтобы избежать подобных явлений, на отливке устанавливают технологическую перемычку, препятствующую деформации отливки при извлечении ее из формы. Другой способ избавления от остаточных напряжений – отжиг, стабилизирующий структуру и механические свойства. Отливки, имеющие коробления, также могут быть подвергнуты правке в холодном состоянии или подогретыми до 500 °С с последующим контролем отсутствия трещин [11].

Требования к литейным титановым сплавам и отливкам из них

Как показано ранее, предел прочности и усталостные характеристики литых изделий ниже, чем у деформированных, поэтому для достижения наилучших показателей механических свойств применяют газостатирование при температурах 1000–1150 °C и давлении газа до 100 МПа [6]. За рубежом эту обработку называют газостатическим изотермическим прессованием или горячим изостатическим прессованием (ГИП).
В действительности прессования отливок как такового не происходит. Поэтому появилось другое название этого процесса – высокотемпературная газостатическая обработка (ВГО). При газостатировании залечиваются дефекты литья и измельчается структура, что приводит к улучшению комплекса механических свойств. Оптимальные параметры газостатирования позволяют повысить предел выносливости при циклических нагрузках не менее чем в 1,5‒2 раза [2, 12].

Согласно требованиям ОСТ 1 90060‒92 отливки из титановых сплавов поставляются в литом состоянии без термической обработки, однако по согласованию между Поставщиком и Заказчиком допустима поставка отливок, прошедших обработку ГИП и подвергнутых термообработке. Показатели механических свойств отливок представлены в табл. 3.

Механические свойства отливок из титановых сплавов

Предел прочности при растяжении, МПа

вязкость, Дж/см 2

По ОСТ 1 90060‒92 предъявляются требования к дефектам необрабатываемых поверхностей отливок (допускаются дефекты, не превышающие по размеру и количеству указанные в табл. 4) и внутренней пористости (табл. 5) согласно баллу пористости, определяемому по согласованию между Поставщиком и Заказчиком [11].

Нормы допустимых поверхностных дефектов в отливках из титановых сплавов

Площадь поверхности отливки, см 2

на поверхности площадью 100 см 2

на одной детали

Свыше 300 до 600

Свыше 600 до 1000

Нормы допустимой внутренней пористости в отливках из титановых сплавов

Пористость (не более)

на площади 1 см 2

Характеристики литейных титановых сплавов

Материалы для фасонного титанового литья представлены несколькими классами:

– α-сплавы (ВТ1Л и ВТ5Л);

– псевдо-α-сплавы (ВТ18УЛ, ВТ20Л и ВТ21Л) [13];

– (α + β)-сплавы со сравнительно невысоким количеством β-фазы (ВТ6Л, ВТ8Л, ВТ9Л, ВТ14Л и ВТ3-1Л);

– жаропрочные интерметаллидные титановые γ-сплавы (Ti-48-2-2, ВТИ-3Л, ВИТ7Л) [13, 14].

Для литейных титановых сплавов чаще всего применяют два вида термической обработки: отжиг для релаксации напряжений и стабилизации структуры (сплавы псевдо-α- и (α + β)-классов) и старение (псевдо-β-класс, так как сплав ВТ35Л находится в закаленном состоянии после заливки) [7].

Сплав ВТ1Л впервые применен для фасонного литья еще в 1956 г. [2]. Отливки из него обладают низкими прочностными свойства, однако их показатели пластичности наиболее высокие среди других литейных титановых сплавов. Сплав ВТ1Л обладает хорошим комплексом литейных характеристик, а также хорошей свариваемостью. Область его применения – коррозионностойкая арматура для химического производства.

Самым распространенным является α-сплав ВТ5Л, что вызвано отсутствием дорогостоящих и редких элементов в его составе, хорошим комплексом различных механических свойств (ударная вязкость, циклическая выносливость, пластичность), а также высокими литейными свойствами. Значение жидкотекучести сплава ВТ5Л наибольшее среди титановых сплавов [12, 15]. Недостатком сплава является невысокий уровень гарантированной прочности [16, 17]. Отливки из сплава хорошо свариваются и в то же время не склонны к горячему растрескиванию. Область применения сплава – литье фасонных отливок для элементов конструкции самолетов и деталей ГТД, а также для создания сложных сварных конструкций с повышенными требованиями к надежности в условиях эксплуатации. Для стабилизации структуры и снятия остаточных напряжений отливки из сплава ВТ5Л могут подвергаться полному или неполному отжигу.

Сплав ВТ6Л легирован Al и V, поэтому имеет преимущество перед сплавом ВТ5Л по прочностным характеристикам при схожих литейных свойствах и показателях пластичности. Сплав ВТ6Л хорошо сваривается, поэтому его применяют для создания надежных сварных элементов в сочетании с деформированными изделиями из сплава ВТ6, используемых в деталях самолета и авиационных двигателях [2]. Для снятия
остаточных напряжений проводят отжиг, предпочтительнее вакуумный (для предотвращения окисления поверхности и снижения скорости охлаждения), при температуре 700–800 °C.

Все зарубежные сплавы, применяемые для фасонного литья, совпадают по составу с аналогичными деформируемыми сплавами. Наибольшее распространение получил сплав марки Ti-6-4, который является наиболее распространенным титановым сплавом для производства фасонных отливок с начала 1950-х гг., поскольку обладает наилучшим сочетанием прочностных, пластических и технологических свойств. Сплавы, разработанные позднее, превосходят сплав марки Ti-6-4 или по уровню прочности, или по уровню пластичности, или по характеристикам жаропрочности и вязкости разрушения, но ни один из них не имеет таких сбалансированных характеристик, как сплав Ti-6-4. Сплав широко применяется ‒ из него изготавливают различные детали сложной конфигурации.

Сплавы ВТ3-1Л, ВТ9Л и ВТ14Л ‒ двухфазные сплавы с довольно значительным (10–15 % (по массе)) содержанием β-фазы [14]. Первые два сплава обладают повышенной жаропрочностью, в связи с чем их используют в авиационных двигателях для деталей с высокими требованиями к рабочей температуре. Ранее эти детали изготавливали штамповкой из тех же сплавов, поэтому при переходе на литье признано нецелесообразным менять их марку [6].

По аналогичной причине среди титановых сплавов, предназначенных для изготовления отливок, появился сплав ВТ14Л. При разработке данного сплава учитывали необходимость соединения отливок из сплава ВТ14Л с обшивкой из сплава ВТ14 методом сварки плавлением, поскольку использование для изготовления отливок сплава другой марки потребовало бы проведения дополнительных исследований. Для данного сплава характерны повышенные прочностные свойства при сохранении удовлетворительной пластичности и хорошая свариваемость.

Кроме того, для фасонного литья нередко применяется сплав ВТ20Л. Легирование дополнительно Mo и Zr обеспечивает его превосходство по сравнению со сплавом ВТ5Л по прочностным свойствам. При этом сплав отличается хорошими литейными характеристиками и отличной свариваемостью, в том числе и со сплавами других марок. Сплав ВТ20Л используется для изготовления элементов конструкции планера – колец, фланцев, обойм, корпусов, в том числе деталей сложной конфигурации, а также прочих деталей и узлов самолетов и ракетно-космической техники.

Специально разработанный литейный сплав ВТ21Л уступает остальным сплавам по своим литейным свойствам, но превосходит их по прочностным характеристикам [6]. Легирование Zr, Сr и Мо значительно расширяет область кристаллизации сплава и, как следствие, для него характерны пониженная жидкотекучесть и повышенная склонность к порообразованию. Отливки из сплава ВТ21Л обладают повышенным уровнем прочностных характеристик, но их пластичность невелика. Сплав применяется для изготовления отливок простой геометрической формы, используемых в конструкциях, подвергающихся воздействию высоких нагрузок.

Среди литейных титановых сплавов присутствует сплав ВТ23Л, обладающий высокими прочностными характеристиками. Однако сплавы ВТ1Л и ВТ5Л превосходят данный сплав по пластичности. Литейные свойства сплава ВТ23Л также находятся на невысоком уровне. В зависимости от скорости охлаждения структура изделий из сплава ВТ23Л может состоять из α-, β- и αʹʹ-фаз. Изделия, изготовленные из него, применяются в узлах и агрегатах, эксплуатируемых в условиях высоких температур [16, 18].

Из-за высокого содержания β-стабилизаторов в сплаве ВТ35Л при охлаждении после затвердевания сохраняется метастабильная b-структура. Последующее газостатирование и старение обеспечивают высокие прочностные характеристики при сохранении удовлетворительной пластичности, поэтому сплав относят к высокопрочным, с высокой усталостной долговечностью. Технологичность сплава находится приблизительно на одном уровне со сплавом ВТ20Л. Из сплава ВТ35Л могут изготавливать литые высоконагруженные детали для космической и авиационной техники [2, 19].

Из псевдо-α-титанового сплава ВТ18УЛ изготавливают отливки деталей крыльчаток и турбин, температура эксплуатации которых достигает 550 °С. Это связано с его способностью сохранять высокие значения прочностных характеристик даже при повышенных температурах. Литейные свойства сплава высокие благодаря хорошей жидкотекучести и заполняемости [12, 20].

В начале 2000-х гг. во ФГУП «ВИАМ» создан новый титановый литейный сплав ВТ40Л. При его разработке использован принцип экономного легирования, который основан на применении небольших концентраций легирующих элементов, имеющих сравнительно невысокую стоимость и/или входящих в состав наиболее распространенных лигатур (ВнАл, АМТ, МФТА и т. д.). В таких сплавах также возможно использование доступных «естественных» лигатур ‒ например, ферротитана. Преимуществом такой концепции легирования сплавов является использование отходов титанового производства и лома при выплавке. Сплав ВТ40Л помимо основных легирующих элементов содержит элементы внедрения – углерод и кислород, которые являются сильными упрочнителями. Однако, как известно, элементы внедрения снижают пластичность сплава, в связи с чем во ФГУП «ВИАМ» проведена работа по подбору оптимального содержания кислорода и углерода в сплаве ВТ40Л [21–23] ‒ в результате достигнуты высокие значения надежности и прочностных характеристик в диапазоне рабочих температур (табл. 6). В табл. 7 представлены сравнительные данные о механических свойствах наиболее распространенных литейных титановых сплавов.

Механические свойства сплава ВТ40Л при различных температурах [6]

Свойства титана и его сплавов

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Каковы свойства титана
  • Что добавляют в титан для получения сплава
  • Каковы свойства сплавов титана
  • Где используют титан и его сплавы

Титановые сплавы обладают таким количеством преимуществ, что это выгодно отличает их от других соединений. Высокая удельная прочность, устойчивость к повышенным температурам, стойкость к коррозии, податливость к сварке – эти и многие другие свойства титана и его сплавов сделали эти материалы особо ценными в сфере металлообработки. В нашей статье мы подробнее рассмотрим все свойства этого удивительного металла.

Характеристики титана

В таблице Менделеева Титан (Ti) можно найти под номером 22. Этот металл и его сплавы являются четырехвалентными. Кипение достигается при температуре +3330 °С, а плавление при +1168 °С.

Выделяют два вида титана, которые имеют идентичный химический состав при разном строении. Это обуславливает отличия в их свойствах. Низкотемпературная α-модификация сохраняет устойчивость только до температуры +882,5 °С, β-модификация может выдерживать большую температуру и сохраняет устойчивость до температуры плавления.

Титан и его сплавы парамагнитны. Удельное электросопротивление этого материала достаточно высоко 5.562*10 -7 –7.837*10 -7 Ом/м. Он отличается низкой восприимчивостью температуры при нагревании. В случае снижения температуры до 0,45 К, титан становится проводником. Сталь и титан внешне очень похожи.

Если сравнивать титан с алюминием или железом, то его плотность и удельная теплоемкость находятся где-то посередине. Зато он обладает высокой механической прочностью, превосходя в этом параметре алюминий в 6 раз, а чистое железо в 13 раз. Данный материал может быть представлен в любой форме: листами, плитами, трубами и прутками.

Механические и технические свойства титана и его сплавов, а также их химический состав определяются маркой материала. В его состав могут входить следующие элементы:

  • алюминий;
  • молибден;
  • ванадий;
  • марганец;
  • хром;
  • олово;
  • кремний;
  • цирконий;
  • железо.

Свойства титана и его сплавов

Стандартно выделяются три категории титановых сплавов:

  1. Конструкционные и высокопрочные титановые сплавы. Имеют очень твердый состав, благодаря которому достигается идеальный баланс пластичности и прочности.
  2. Жаропрочные титановые сплавы. Имеют твердый состав, включающий в себя определенное количество химического соединения, что несколько снижает пластичность, зато придает высокую жаропрочность.
  3. Титановые сплавы на основе химического соединения. Этот жаропрочный состав имеет малую плотность и может составить конкуренцию никелевым соединениям по жаропрочности при определенной температуре.

Сейчас Ti очень широко используют в конструкционной деятельности. Еще 200 лет назад его считали неподходящим для конструирования, но прошло время, и на данный момент это один из самых долговечных и надежных материалов с широким спектром других полезных свойств.

Рассмотрим подробнее самые популярные сплавы титана, их свойства и применение:

Технический титан. Полуфабрикаты технического Ti марок ВТ1-00 и ВТ1-0 поставляются в большом количестве металлургическими заводами. В состав этих марок входят примеси железа, азота, кремния, кислорода, углерода и пр. При этом в разновидности ВТ1-0 примесей значительно больше, чем обуславливается его большая прочность и меньшая пластичность по сравнению со второй маркой. Высокая пластичность этих марок позволяет изготавливать тончайшие изделия, включая фольгу.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Эти материалы не обладают высокой прочностью, поэтому для ее увеличения можно выполнить нагартовку. Правда, при этом снизится пластичность. Нагартовка не является оптимальным методом улучшения свойств данного металла, поскольку пластичность снижается гораздо сильнее, чем повышается прочность. Еще одним недостатком технического Ti является водородная хрупкость. Важно следить за тем, чтобы содержание водорода не превышало 0,008 % в титане ВТ1-00 и 0,01 % в ВТ1-0.

  • Сплав ВТ5 (ВТ5Л).

Для легирования сплава ВТ5 (ВТ5Л) использовали лишь алюминий, который является самым распространенным легирующим средством. Особые свойства алюминия привели его к лидирующим позициям среди всех лигирующих добавок:

  1. алюминий является природным материалом, который можно легко найти и стоит недорого;
  2. меньшая по сравнению с Ti плотность алюминия позволяет значительно повышать удельную прочность получаемого состава;
  3. чем больше в составе алюминия, тем более жаропрочное соединение получается, также увеличивается сопротивление ползучести соединения;
  4. включение в состав алюминия позволяет улучшить показатели модулей упругости;
  5. повышение объема алюминия в соединении снижает их водородную хрупкость.

По сравнению с техническим Ti, для марки ВТ5 характерны такие свойства, как большая прочность и жароустойчивость. Улучшение данных свойств приводит к снижению технологической пластичности Ti. Соединение ВТ5 в горячем состоянии может быть подвергнуто штамповке, ковке и прокату, что позволяет производить профильную, прутковую и штамповочную продукцию. Но основной сферой применения является фасонное литье (марка ВТ5Л), а не металл в деформированном состоянии.

Соединение ВТ5-1 включено в систему Ti-Al-Sn. Технологические свойства титана и его сплавов с алюминием улучшаются за счет олова. Это приводит к снижению окислительных процессов и увеличению сопротивления ползучести. Прочностные свойства этого сплава титана позволяют отнести его к соединениям средней прочности. При этом ВТ5-1 не поддается надрезам, предел его выносливости с достаточным запасом, уровень жаропрочности достигает +450 °С.

С технологической точки зрения ВТ5-1 более предпочтителен (по сравнению с ВТ5). Основная сфера применения: поковки, листы, профили, плиты, штамповки, трубы, проволока и другие виды полуфабрикатов, производимых под давлением.

Соединение образуется путем сваривания. При этом основной материал и сварное соединение обладают одинаковой прочностью. Воздействие высокой температурой не повышает прочности ВТ5-1.

Если необходимо работать при криогенных температурах, то надо контролировать содержание примесей в материале, поскольку превышение допустимого порога может приводить к повышению хладноломкости. Маркировка ВТ5-1кт обозначает состав с пониженным содержанием примесей.

В европейских странах соединение Ti-5A1-2,5Sn используют двумя способами: по стандартному назначению и для работы при криогенных температурах. Состав для криогенной работы маркируют Ti-5AI-2,5Sn ELI и также для поддержания его свойств следят за уровнем примесей.

Высокотехнологичное соединение с малой прочностью маркируют ОТ4-0. Под давлением в результате горячей обработки марганец способен повысить технологичность состава. Это сплав титана псевдо-α-класса с небольшим количеством β-фазы. Не подлежит термическому упрочнению. Сфера применения: поковки, листы, прутки, ленты, штамповки и полосы. Легко принимает нужную форму при холодной и горячей обработке. Допускается даже штамповка в условиях комнатной температуры. Свойства материала прекрасно подходят для сварочных работ.

Среди наиболее технологичных можно выделить сплав титана ОТ4-1. Обладает следующими свойствами: малопрочный, малолегированный псевдо-α-класса системы Ti-Al-Mn, прекрасно деформируется. Можно менять форму этого титанового сплава как в горячем, так и в холодном состоянии. Сфера применения: поковки, листы, профили, плиты, ленты, прутки, полосы и трубы.

На холодную в основном выполняется листовая штамповка, не требующая сложной формы. Если необходимо изготовить более сложную по форме деталь, то желательно подогреть материал до +500 °С. Свойства ОТ4-1 позволяют использовать его для выполнения сварочных работ любым способом. При этом основной металл и сварное соединение будут обладать одинаковой прочностью и пластичностью.

Для полного отжига необходима температура +640…+690 °С (подходит для изготовления листовых полуфабрикатов и их производных) и +740…+790 °С (для изготовления поковок, прутков, штамповки и пр.).

Для неполного отжига достаточно температуры +520…+560 °С. Среди свойств, которые понижают ценность данного сплава, можно выделить невысокую прочность и излишнюю водородную хрупкость (для поддержания оптимальных свойств металла необходимо содержание водорода не более 0,005 %).

Сферы применения титана и его сплавов

Свойства титана и его сплавов нашли широкое применение в ракетной, авиационной и судостроительной отраслях. Титан и ферротитан являются лигирующими добавками к стали. Кроме этого, они могут выступать в качестве раскислителя.

Широкое распространение технический титан получил при изготовлении изделий, подвергающихся агрессивному воздействию среды (например, трубопроводы, клапаны, химические реакторы, арматура и пр.). Даже в электровакуумных приборах, работа которых тесно связана с высокой температурой, сетки и некоторые другие детали изготовлены из этого устойчивого материала.

Среди конструкционных материалов титан занимает четвертое место (после железа, алюминия и магния). Важным свойством титанового сплава с алюминием является высокая стойкость к окислению и повышению температуры, что особенно актуально для авиационной и автомобильной промышленности. Пищевая промышленность и восстановительная хирургия по достоинству оценили такое свойство этого материала, как биологическая безопасность для здоровья человека.

Разнообразие свойств титана и его сплавов довольно широко: высокая механическая прочность, устойчивость к повышению температуры, удельная прочность, стойкость к коррозии, низкая плотность и многие другие. Несмотря на высокую стоимость этого металла, затраты могут быть компенсированы более длительным сроком эксплуатации. А в некоторых ситуациях только этот материал способен выдержать работу в конкретных условиях.

Для авиастроения большое значение имеет такое свойство, как легкость материала в сочетании с высокой прочностью. Возможность использовать легкий Ti для работы в среде, где преобладают высокие температуры, выгодно отличает его от алюминия. Эти свойства титана и его сплавов позволяют использовать их при изготовлении обшивки самолетов, деталей шасси и крепления, и даже для конструирования реактивных двигателей. При этом масса изделия снижается на 10–25 %. Элементы воздухозаборников, лопатки и диски компрессоров, крепеж и многие другие детали производятся именно из титановых сплавов.

Ракетостроение также не обходится без данного материала, поскольку здесь необходимо решать сразу несколько проблем, возникающих из-за слишком малого срока работы двигателей при быстром прохождении плотных слоев атмосферы. Такие проблемы, как статическая выносливость, ползучесть и усталостная прочность, можно преодолеть за счет использования титана.

Свойства технического титана не соответствует в полной мере запросам авиационной отрасли, поскольку он не обладает достаточной тепловой прочностью. Зато его свойство сопротивляться коррозии нашло свое применение в судостроительной и химической промышленности. Здесь с его помощью изготавливают насосы для перекачки кислоты или соли, компрессоры, трубопроводы и запорную арматуру.

Емкости и фильтры из этого материала не поддаются негативному влиянию серной и соляной кислоты, а также растворам хлора. Помимо этого, Ti входит в состав материала для изготовления теплообменников, работающих в агрессивной среде (к примеру, в азотной кислоте). В области судостроения его можно встретить в обшивке подводных лодок и других кораблей, в материале торпед и гребных винтов. Удивительные свойства титана и его сплавов способствуют тому, что ракушки просто не налипают на такие детали. Вследствие этого снижается сопротивление судна во время движения.

Повсеместное использование соединений этого металла могло бы приобрести колоссальные темпы, если бы не его высокая стоимость и малая распространенность.

В промышленности соединения титана используются с разными целями в зависимости от их свойств. Так, высокая твердость карбида позволяет изготавливать из него режущие инструменты и абразивы. В производстве бумаги и пластика нашел свое применение белый диоксид. Кроме этого, с помощью него изготавливаются титановые белила.

В лакокрасочной и химической промышленности титаноорганические соединения используются как отвердитель и катализатор. Также в качестве добавки Ti применяют в химической, стекловолоконной и электронной промышленности, где идут в дело его неорганические соединения. Из нитрида титана изготавливают специальное покрытие для инструментов, а для обработки металлов чаще используют диборид как компонент, придающий твердость.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также:
Способы изготовления матриц для штамповки сталей
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
gmnu-nazarovo.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: