Файл: Пульцин Н.М. Титан и его применение в авиации.pdf

атмосферы, применяемой в процессе переплавки. В качестве при­ мера в таблице 3 приведен химический состав технического титана

марки ВТ1.

Таблица 3

более

Суммарное количество примесей железа и вольфрама не должно превышать 0,8 %.

ОБЩЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ТИГДН ПРИМЕСЕИ И ЛЕГИРУЮЩИХ ДОБАВОК

Ввиду высокой химической активности титана трудно предста­ вить себе этот металл совершенно чистым, не содержащим примесей каких-либо элементов. Обычный технический титан, как известно, содержит некоторое количество примесей кислорода, азота, водоро­ да, углерода и других элементов. При получении титановых сплавов в технический титан преднамеренно вводятся различные легирую­ щие присадки. Наконец, при производстве и эксплуатации титан и его сплавы в определенных условиях могут дополнительно насы­ щаться некоторыми примесями.

Все это обязывает нас знать и учитывать влияние отдельных эле­ ментов, как случайных примесей, так и преднамеренно вводимых ле­ гирующих присадок, на фазовые превращения, структуру, свойства и поведение при обработке и в эксплуатации как титана, так и- его сплавов.

Титан способен вступать во взаимодействие почти со всеми эле­ ментами периодической системы. Однако наиболее важное практи­ ческое значение в качестве примесей или легирующих элементов п

настоящее время имеют кислород, азот, водород, углерод, кремний, железо, вольфрам, алюминий, хром, молибден, ванадий, марганец, ■олово, медь, ниобий и тантал.

Небольшие количества примесей азота, кислорода и других эле­ ментов благоприятно сказываются на повышении прочности. Поэто­ му иногда, желая дополнительно повысить прочность, сознательно идут на некоторое увеличение количества примесей азота и кисло­ рода. При этом пластичность и вязкость титана несколько пони­ жаются.

Влияние кислорода и азота на механические свойства, титана ил­ люстрируется графиками, приведенными на фиг. 2 и 3.

9

Водород является для титана вредной примесью практически в любых количествах, так как он резко увеличивает чувствительность к надрезу. Содержание водорода в титане более 0,02% совершенно недопустимо. Хорошие свойства достигаются .при содержании водо­ рода не более 0,007 % [4].

В качестве легирующих элементов современных титановых спла­ вов применяются алюминий, хром, ванадий, ниобий, марганец, тан­ тал, медь, железо, кремний, олово, молибден и некоторые другие. Все они, в отличие от примесей, являющихся элементами внедрения, образуют с титаном твердые растворы замещения.

По воздействию на модификации титана алюминий является а-стабилизатором, т. е. делает устойчивой a-фазу, а все осталь­ ные легирующие элементы -- ^-стабилизаторами. Из этих послед­ них молибден, ванадий, ниобий и тантал образуют с титаном изоморфные (3-сплавы, а хром, марганец, железо, медь, кремний и другие — сплавы, содержащие эвтектоид.

ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЙ ДВОЙНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Весьма важным средством изучения превращений, структур н свойств титановых сплавов являются бинарные диаграммы состоя­ ний, Хотя некоторые из этих диаграмм еще не изучены, а другие не­ достаточно полно разработаны, тем не менее основные бинарные си­ стемы титановых сплавов представлены в настоящее время сравни­ тельно полными диа-граммами состояний, по крайней мере в обла­ сти сплавов, богатых титаном.

Ввиду наличия в титане аллотропического превращения диаграм­ мы состояний сплавов на его основе оказываются весьма сложными. Поэтому для удобства изучения и пользования этими диаграммами необходимо применять какую-либо классификацию их.

10

Классификация диаграмм состояний двойных сплавов титана ос­ вещается многими исследователями [5, 50, 51]. Наиболее полно этот вопрос рассмотрен в книге С. Г. Глазунова и Е. К. Молчановой [5], где подразделение на группы сделано по виду верхней ликвидус-со-

Фиг. 4. Классификация диаграмм .состояний двойных сплавов титана

лидусной части диаграммы. Вид участка, характеризующего вторич­ ные превращения в сплавах, положен в основу подразделения на подгруппы. По этой классификации все диаграммы состояний Двой­ ных сплавов тйтана подразделяются на три группы и восемь под­ групп. Иллюстрации этой классификации приведены на фиг. 4.

11

К "первой группе относятся диаграммы состояний сплавов, обра­ зующих при кристаллизации неограниченные твердые растворы. Диаграммы этой группы характеризуют сплавы титана с хромом, молибденом, ванадием, ниобием, танталом, ураном и цирконием. Они подразделяются на три подгруппы:

а) с неограниченной растворимостью второго элемента в а-титане;

б) с ограниченной растворимостью второго элемента в а-ти­ тане;

в) с эвтектоидным превращением (3-раствора.

Ко второй группе относятся диаграммы сплавов, образую­ щих при кристаллизации эвтектику. Они характеризуют сплавы титана с серебром, медью, железом, марганцем, никелем, крем­ нием, водородом, кобальтом, свинцом, бором и германием. Эти диаграммы подразделяюся на две подгруппы;

а) с эвтектоидным превращением (3-раствора; б) с перитектоидным превращением (3-раствора.

К третьей группе относятся диаграммы состояний сплавов, образующих при кристаллизации перитектику. Диаграммы этой группы характеризуют сплавы титана с алюминием, кислородом, азотом, углеродом и вольфрамом. Они подразделяются на три подгруппы:

а) с простым (3 -* «-превращением; б) с перитектоидным превращением 3-раствора;

в) с эвтектоидным превращением (3-раствора.

Приведенной классификацией охватываются все известные в на­ стоящее .время диаграммы состояний двойных сплавов титана, за исключением диаграммы сплавов титана с оловом. Эта диаграмма, приведенная ниже, по своему виду ни к одной из рассмотренных подгрупп прямо не может быть отнесена, хотя с некоторым допуще­ нием, по виду левой нижней части, ее можно отнести к первой под­ группе первой группы. В то же время, как содержащую эвтектоид, эту диаграмму можно отнести и к первой подгруппе второй группы.

Необходимо отметить, что рассмотренная классификация бинар­ ных диаграмм титановых сплавов по существу является правильной. Однако для ‘инженера-экаплуатационника она не совсем удобна по той причине, что не подчеркивает важнейшее значение нижней части диаграммы, отражающей превращения сплавов в твердом состоя­ нии. Между тем именно эта часть диаграммы является наиболее важной, так как по ее виду можно установить конечные превраще­ ния в сплавах, определить структуры, а следовательно, и эксплуата­ ционные свойства сплавов. Имея в виду сказанное выше, представ­ ляется целесообразным классифицировать двойные диаграммы тита­ новых сплавов по характеру их нижией части. По этому признаку указанные диаграммы можно подразделить на три основных типа:

а) простое [3 а-превращение; б) эвтектоидный распад (3-раствора;

в) перитектоидный распад (3-раствора.

12

б) ограниченная растворимость второго элемента в [3-раство­

типа, отражающие перитектоидный распад [3-раствора, характеризуют сплавы титана с

углеродом, алюминием, бором и германием. В этом случае вто­ рой элемент является стабилизатором a-фазы. Диаграммы спла­ вов титана с алюминием и углеродом, относящиеся к третьему типу, представлены на фиг. 23 и 24.

Ниже кратко рассмотрены основные диаграмм^ состояний двойных сплавов титана. Эти диаграммы могут представлять определенный интерес при изучении влияния на титан примесей и легирующих добавок, а также при исследовании и выборе спо­ соба соединения, например пайки. Кроме того, ими можно поль­ зоваться при выборе и обосновании режима термической обра­ ботки и температурных интервалов горячей обработки давле­ нием.

Диаграммы рассматриваются в последовательности, принятой при классификации их по виду нижней части, отражающей ха­ рактер [3 а- превращения. Данные о диаграммах взяты в ос­

новном пр книгам [2, 3, 5].

13