Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Общая характеристика титановых сплавов

сварка титановый сплав вольфрамовая проволока

По распространению в природе среди металлов титан занимает десятое место. Его содержание в земной коре составляет свыше 0,6%.

Атомный номер титана 22, он находится в IV группе периодической таблицы Менделеева, расположен в четвертом ,,,,, периоде и принадлежит к переходным металлам с недостроенной d- оболочкой [1,2].

Титан имеет две апиотропические модификации низкотемпературную – α, существующую до 1155К и имеющую гексагональную кристаллическую решетку с плотной упаковкой атомов, и высокотемпературную –β, существующую при температурах выше 1155К высокотемпературная модификация титана имеет кубическую объемно-центрированную структурную решетку (а=3,282 Å)

Температура апиотропического превращения титана в значительной мере определяется его чистотой. Установлено [2], что если в йодидном титане превращение начинается при 1155К и происходит в узком температурном интервале, то для магниетермического титана, содержащего большое количество примесей, превращение начинается при более низкой температуре (1133К) и происходит в широком интервале температур – 1233К. для гидридно-кальциевого титана температурный интервал превращения α^→_← β составляет примерно 110-120°К. Это явление связано с различными влиянием примесей на температуру полиморфного превращения. Сохранить высокотемпературную модификацию в чистом титане при комнатной температуре не удается даже при самой разной закалке вследствие протекания β→α превращения.

С увеличением скорости охлаждения из β-области температура β→α переходе заметно понижается. Так при изменении скорости охлаждения от 4 до 10000 град/с температура превращения снижается от 1155К до 1133К. в работе [3] отмечается, что зависимость температуры полиморфного превращения от скорости охлаждения носит линейный характер и может быть выражен следующим уравнением:

Тβ→α = , (1.1)

где Т- температура превращения;

-скорость охлаждения.

При полиморфном β→α превращении соблюдается строгое кристаллоградическое соответствие между исходной и образующейся долями. Впервые внешную ориентировку кристаллических решеток при превращении объемноцентрированный кубической структуры в плотноупакованную гексогональную определил Бюргерс [4] для аналога титана-циркония.

Электрические свойства титана очень зависят от его чистоты. По данным работы [3] удельное электросопротивление йодистого титана при комнатной температуре равно 4,2•10³ мком•м, для магниетермического 5,5•10³ мком•м. при повышении температуры до 623-673К электросопротивление вырастет по линейному закону. При высших температура оно уменьшается и зависимость отклоняется от прямой линии тем выше, чем выше температура α→β- превращение отмечается скачкообразным уменьшением электросопротивления (3,16±0,1)10^-6, а магнитная проницаемость – 1,00004.

Важным показателем для сварки титана является низкое значение коэффициента токопроводимости титана. Поэтому при сварке титана наблюдается весьма концентрированный нагрев и меньшие потери энергии.

Чистый (йодистый) титан обладает высокой пластичностью и по своим свойствам приближается к меди. Это объясняется тем, что в отличие от других металлов с гексагональной решеткой титан имеет несколько плоскостей скольжения. Кроме того, при комнатной температуре дедюриция титана может также происходить посредством двойникования.

Титановые сплавы по сравнению с алюминиевыми и магниевыми имеют более высокие характеристики прочности. Технические сорта титана обычно содержат 0,4-0,5% примесей, которые значительно изменяют его механические свойства[1-4].

Титан обладает высокой коррозионной стойкостью, объясняющейся малой химической активностью вследствие образования на поверхности металла защитной окистной пленки. Это позволяет использовать его для работы в различных агрессивных средах. Титан стоек к морской воде и мало подвержен кавитационной коррозии. Технический титан имеет такую же коррозионную стойкость во многих органических кислотах, как нержавеющая сталь.

Комплекс физических свойств резко изменяется при введении в титан легирующих элементов. В зависимости от химической природы, размеров атомных радиусов кристаллической структуры и ряда других факторов легирующие элементы способны образовывать с титаном различные кристаллические фазы – твердые растворы разнообразных типов и неодинаковый физикохимический природы или металлические соединения.

Титановые сплавы, как стали, квалифицируют по структуре в определенном состоянии. Классификация титановых сплавов по равновесной структуре вряд ли целесообразна, так как превращения в титановых сплавах, легированных переходными элементами, протекают так медленно, что равновесные при комнатной температуре структуры, следующие из диаграммы состояния, обычно не получаются.

Классификация титановых сплавов по структуре в нормализованном или закаленном состояниях вполне возможна [1,2], тем более, что структуры, получающиеся после нормализации или закалки, можно связать с диаграммой изотермических и анизотермических превращений. Класс сплавов в нормализованном или закаленном состоянии следует определять структурой стандартных образцов после охлаждения их на воздухе или закалке в воде.

Принятая в настоящее время классификация титановых сплавов является по существу классификацией по структуре в нормализованном состоянии. Согласно этой квалификации различают:

α-титановые сплавы, структура которых представлена α-фазой;

α+β – сплавы, структура которых представлена α и β – фазами;

β – сплавы , структура которых представлена стабильной β-фазой.

Помимо этого предлагают [1,2] выделить два переходных класса: псевдо α- сплавы, структура которых представлена α-фазой и небольшим количеством β-фазы (не более5%) и псевдо-β –сплавы, структура которых после нормализации, хотя и представлена метастабильной β-фазой, но по свойствам они ближе к (α+β)-сплавам с большим количеством β-фазы.

α-титановые сплавы можно разделить на: термически неупрочняемые сплавы и сплавы термически упрочняемые вследствие дисперстного твердения.

α+β – сплавы разбиваются на две подгруппы: сплавы твердеющие при закалке и сплавы мягкие после закалки

β – титановые сплавы подразделяют на три подгруппы: сплавы с механически нестабильной β – фазой; сплавы с механически стабильной β – фазой и сплавы с термодинамически стабильной β – фазой.

По гарантированной прочности титановые сплавы подразделяют: на малопрочные высокопластичные с в<750 МПа; на среднепрочные с в=750-1000 МПа; на высокопрочные с в>750 МПа.