ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 60
Скачиваний: 0
По Типу кристаллической решетки аллотропических модифи
каций, атомным диаметрам и другим |
свойствам титан и цирко |
||||||||||||||||
ний аналогичны. Поэтому они взаимно растворимы как в р-, |
так |
||||||||||||||||
и в a-модификациях, а диаграмма состояний |
их сплавов |
имеет |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
очень |
простой вид (см. фиг. 5). |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Сплавы |
титана |
с цирконием |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
при закалке из p-области претер |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
певают |
мартенситное |
превраще |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ние. |
В сплавах, содержащих свы |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ше |
18% циркония, при закалке |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
фиксируется |
некоторое |
количе |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ство р-фазы. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Сплав, содержащий 10% цир |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
кония, полученный спеканием и |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
деформированный прокаткой при |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
800° |
в |
оболочке |
*), |
имеет |
= |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= 92 кг/мм2 и 8=3% . Повыше |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ние количества циркония при |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
водит |
к снижению пластичности |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сплава. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаграмма состояний сплавов |
|||||||||
Фиг. |
6. |
Диаграмма состояний спла |
титана |
с |
оловом |
представлена |
|||||||||||
|
|
вов титана |
с оловом |
|
на фиг. 6. |
Известно, |
что -[-фаза |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
представляет |
собой |
химическое |
|||||||
соединение |
Ti:>Sn. Кроме того, |
обнаружены еще соединения Ti?Sn, |
|||||||||||||||
Ti5Sn3 и Ti6Sn6. Причем |
|
соединения |
Ti3Sn |
и Ti6Sn6 |
образуются |
||||||||||||
непосредственно из жид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
кого |
раствора, |
a Ti.2Sn |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ti5Sn3 —- в результате пе- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ритектической |
реакции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Олове |
снижает |
темпера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
туру плавления |
титана |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
образует |
с ним эвтекти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ку. На температуру ал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
лотропического |
превра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
щения |
оно |
оказывает |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
незначительное |
влияние. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Олово |
|
увеличивает |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
с |
гексаго- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
отношение — |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
нальной |
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
решетки а-тита- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
на, |
т. |
е. |
как бы вытяги |
Фиг. 7. Диаграмма состояний сплавов титана |
|||||||||||||
вает |
элементарную ячей |
||||||||||||||||
|
|
|
с кислородом |
|
|
|
|||||||||||
ку вдоль оси шестигран ной призмы. Это, как известно, приводит к уменьшению пластич
ности и увеличению прочности сплава.
') См. далее главу «Технологические особенности титановых сплавов»
14
Для получения равновесных Структур сплаЬов титана с оло вом необходимо очень медленное охлаждение. При температуре
865° |
и содержании |
олова около |
21 % в системе образуется эвтек- |
|||||||||||||
тоид. |
Поскольку |
растворимость |
|
олова |
в [3-фазе больше, |
чем в |
||||||||||
a-фазе, то его можно рассматривать как [3-стабилизатор. |
|
|||||||||||||||
Диаграмма состоянии сплавов |
титана с кислородом |
приведе |
||||||||||||||
на на фиг. 7. Кислород является |
|
весьма активным «-стабилиза |
||||||||||||||
тором и очень сильно повышает температуру |
аллотропического |
|||||||||||||||
превращения |
титана. |
В системе |
|
сплавов |
титана с |
кислородом |
||||||||||
существуют по крайней мере три |
химических |
соединения |
ТЮ, |
|||||||||||||
Ть>03 и ТЮ2. |
Химическое соединение ТЮ имеет кубическую ре |
|||||||||||||||
шетку, параметр которой уменьшается |
с увеличением |
содержа |
||||||||||||||
ния кислорода в сплаве. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
В сплавах, содержащих от |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
14,5 |
до |
23,5% |
кислорода, |
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
температуре |
925° |
в результате |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
взаимодействия |
«-фазы |
и |
ТЮ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
образуется фаза |
5, |
содержащая |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
18—20% |
кислорода. |
Эта |
фаза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
имеет тетрагональную |
решетку. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Кислород |
значительно увели |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
чивает параметр с кристалличе |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ской решетки a-фазы и почти не |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
изменяет |
параметр |
а. |
Отноше- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Содержание |
азота |
|
||
нне --- при этом увеличивается. |
|
|
|
В весовых |
% |
|
|
|||||||||
Диаграмма |
состояний |
|
спла |
Фиг. 8. |
Диаграмма состояний спла |
|||||||||||
вов титана с азотом изображена |
|
|
|
вов титана с азотом |
|
|||||||||||
на фиг. 8 . Азот |
аналогично кис |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
лороду является весьма актив |
|
|
|
|
|
темпера |
||||||||||
ным стабилизатором a-фазы и очень сильно повышает |
||||||||||||||||
туру |
аллотропического |
превращения |
титана. |
Нитрид титана |
||||||||||||
имеет температуру |
плавления |
2950°. |
Он был открыт еще в |
|||||||||||||
1831 году. С тех |
пор |
ему |
приписывались различные |
формулы, |
||||||||||||
однако в последние |
годы |
было |
показано, |
что |
при |
кристаллиза |
||||||||||
ции из расплавов образуется только TiN. Это соединение имеет кубическую решетку типа NaCl и может существовать со зна чительным числом вакантных мест как для титана, так и для азота.
При температуре около 1050° в результате взаимодействия «-фазы и нитрида образуется s-фаза, содержащая около 9,5% азота. Она имеет тетрагональную решетку и содержит в осно ве химическое соединение TisN.
Азот, как и кислород, значительно увеличивает параметр с
кристаллической решетки a-фазы и почти не изменяет пара
метр а. Отношение ~ при этом увеличивается.
Установлено, что все сплавы титана с азотом при закалке из
15
области 3-раствора претерпевают мартенситное превращение. Однако сама (3-фаза при этом не фиксируется.
Молибден имеет такую же |
кристаллическую решетку, как и |
||
[3-титан, а атомные диаметры |
этих двух |
металлов различаются |
|
всего лишь на 5,4%. Поэтому |
молибден |
неограниченно |
раство |
рим в [3-титане. Растворимость |
его в а-титане весьма ограничена |
||
и составляет при 600° всего только 0,8%. |
Наибольшая |
раство |
|
римость молибдена в титане а не достигает 2 %. |
|
||
Диаграмма состояний сплавов титана с молибденом предста влена на фиг. 9. В силу изложенного выше молибден является [3-стабилизатором. Он снижает температуру аллотропического превращения. Сплавы с высоким содержанием молибдена имеют структуру [3-фазы не только при повышенной, но и при комнат-
|
Фиг. 9. Диаграмма |
состояний |
сплавов титана |
|
с молибденом |
|
|
ной температуре. При закалке |
с 860° |
твердый раствор (3 может |
|
быть зафиксирован даже при |
содержании молибдена в сплаве, |
||
равном |
10%. При меньшем количестве молибдена в сплаве при |
||
закалке, |
наряду с образованием [i-фазьт, наблюдается мартенсит |
||
ное превращение.
Параметр решетки [з-раствора с увеличением концентрации молибдена в сплаве резко уменьшается. Однако это уменьше ние происходит не по линейному закону.
Подобно молибдену ванадий имеет благоприятные структуру кристаллической решетки и размер атомного диаметра для обра
зования |
неограниченных твердых растворов с [3-титаном. Диа |
грамма |
состояний сплавов титана е ванадием приведена на |
фиг. 10. |
Ванадий является стабилизатором [3-фазы и снижает |
температуру аллотропического превращения. При температуре 650° растворимость ванадия составляет в титане [3 около 18%, а в титане а, по данным различных авторов, от 1 до 3%,
Линии солидус и ликвидус рассматриваемой диаграммы имеют минимум около 1620° при концентрации ванадия в сплаве при мерно 30%. \ .
16
При закалке сплавов, содержащих 15% и более ванадия |3-фаза может быть зафиксирована. В сплавах с небольшим содер жанием ванадия при закалке из области [3-раствора в результате мартенситного превращения образуется пересыщенная а-фаза, имеющая характерную игольчатую структуру и обозначаемая как а'. Закаленные [3-сплавы, содержащие до 15% ванадия, об наруживают склонность к старению.
г. т
а >500 g.
5 1200
о
| 900
6 *
600--------------------------------------------
Ю20 30 90 50 60 70 80 90 юо
Содержание ванадия В %
Фиг. 10. Диаграмма состояний сплавов титана с ванадием
Ниобий и р-титан аналогично предыдущим имеют благоприят ные структурный и размерный факторы для образования не ограниченных твердых растворов. Диаграмма состояний сплавов
титана |
с |
ниобием |
изображена |
на фиг. |
11. Линии |
ликвидус и |
|||||
солидус |
этой |
диаграммы |
не |
|
|
|
|||||
имеют |
минимума и непрерывно |
|
|
|
|||||||
повышаются от точки плавления |
|
|
|
||||||||
титана до точки плавления нио |
|
|
|
||||||||
бия. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ниобий понижает температу |
|
|
|
||||||||
ру |
аллотропического превраще |
|
|
|
|||||||
ния титана, причем гетерогенное |
|
|
|
||||||||
поле |
а + |
[3-фаз |
при понижении |
|
|
|
|||||
температуры расширяется. Яв |
|
|
|
||||||||
ляясь стабилизатором [1-фазы, |
|
|
|
||||||||
ниобий ограниченно растворяется |
|
|
|
||||||||
в а-растворе. |
При |
600° |
в тита |
|
|
|
|||||
не- |
а |
растворяется |
4% |
ниобия. |
|
Содержание |
ниобия в % |
||||
Минимальная растворимость нио |
|
|
|
||||||||
бия |
в титане |
р |
изменяется |
при |
Фиг. 11. Диаграмма состояний спла |
||||||
понижении температуры и со |
|
вов титана с ниобием |
|||||||||
ставляет: |
при |
850°—3,5%, |
при |
|
|
|
|||||
800°— 10,5% и при 750°-20% . |
|
|
содержащих |
||||||||
|
При закалке |
из. |
области |
[1-раствора в сплавах, |
|||||||
свыше 36% ниобия, сохраняется [3-фаза, |
а в сплавах |
с меньшим |
|||||||||
содержанием |
ниобия получается пересыщенная аЬфЩГ" ;1УбЛ1:~нг г - |
||||||||||
|
Н. Д1. Пульцин |
1 ГОС. П . Ъ Л Ш Н Д Е : |
» |
Ki._ |
|||||||
|
{НАУ1 |
|
|
|
• --'.ш • ...ка о 'о с р |
||||||
|
|
|
|
|
1 |
БиоЛ.иОТГ *IА |
: |
|
Э К б гм П Л Я Р |
||
Ч И Т А Л Ь Н О ГО 3 / В;
В отличие от молибдена и ванадйя ниобий не уменьшает, а несколько увеличивает параметр кристаллической решетки ти тана (3, хотя атомный диаметр ниобия не превышает размер ато ма титана.
На фиг. 12 представлена диаграмма состояний сплавов тита на с танталом. Эта диаграмма аналогична ранее рассмотренным, характеризующим сплавы титана с молибденом, ванадием и нио
бием. |
Двухфазная область |
жидкого раствора |
и твердого |
рас |
|||||||||
твора |
[3 является весьма узкой, т. е. температурный |
интервал |
|||||||||||
кристаллизации рассматриваемых сплавов очень небольшой. |
яв |
||||||||||||
Тантал, как и каждый из трех |
упомянутых элементов, |
||||||||||||
ляется |
стабилизатором (3-фазы. Однако |
эффективность |
его |
|
как |
||||||||
|
|
|
|
|
(3-стабилизатора по сравне |
||||||||
|
|
|
|
|
нию с молибденом, вана |
||||||||
|
|
|
|
|
дием и ниобием самая низ |
||||||||
|
|
|
|
|
кая. Так, например, верхняя |
||||||||
|
|
|
|
|
граница |
|
гетерогенной |
об |
|||||
|
|
|
|
|
ласти |
а 4- |
(3 при 40% танта |
||||||
|
|
|
|
|
ла |
соответствует |
750°, |
а |
|||||
|
|
|
|
|
при 70%—600°, в то время |
||||||||
|
|
|
|
|
как для |
других |
элементов |
||||||
|
|
|
|
|
она |
лежит |
значительно |
||||||
|
|
|
|
|
ниже. |
|
|
в |
значительных |
||||
|
|
|
|
|
|
Тантал |
|||||||
|
|
|
|
|
количествах растворяется1в |
||||||||
|
Содержание |
тантала в % |
титане |
а. |
С |
понижением |
|||||||
|
|
|
|
|
температуры |
эта |
раствори |
||||||
Фиг. 12. Диаграмма состояний |
сплавов |
мость |
увеличивается |
и со |
|||||||||
|
титана с танталом |
|
ставляет |
при 550° |
12,5%. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
Путем закалки [3-фаза |
|||||||
может |
быть |
зафиксирована только |
в |
сплавах, |
содержащих |
||||||||
около |
50% тантала |
и выше. В сплавах |
с меньшей концентра |
||||||||||
цией |
тантала |
при закалке |
наблюдается |
мартенситное превра |
|||||||||
щение.
Тантал оказывает незначительное влияние на параметры кри
сталлической решетки титана [3 и титана а. |
|
титана с танталом |
|||||
Анализом диаграммы |
состояний |
сплавов |
|||||
заканчивается |
рассмотрение диаграмм первого типа с простым |
||||||
(3->а-превращением. Описание |
диаграмм второго типа |
мы нач |
|||||
нем с анализа системы сплавов титана с хромом. |
дана на |
||||||
Диаграмма |
состояний |
сплавов |
титана |
с |
хромом |
||
фиг. 13. Линии ликвидус и солидус имеют |
минимум около 1400° |
||||||
при содержании примерно 50% |
хрома. При |
температуре 1350° |
|||||
образуется химическое соединение TiCr2, содержащее 68,5% хрома. Оно имеет гранецентрированную кубическую решетку.
С титаном [3 хром образует непрерывный ряд твердых раство ров, однако в сплавах, содержащих от 40 до 80% хрома, темпе ратурный интервал существования этих растворов очень мал.
18
