ПРОМИСЛОВІ ТИТАНОВІ СПЛАВИ

План лекції

1. Магній

2. Обробляння різання, механічні та ливарні властивості Магнію

3. З багатьма металами магній утворює сплави

4. Маркують магнієві сплави

5. Ливарні магнієві сплави

6. Недоліками магнієвих сплавів

7. Титан та його властивості

8. Процес отримання титану

9. Виробництво виробів з титану і його сплавів

10. ПРОМИСЛОВІ ТИТАНОВІ СПЛАВИ

11. Ливарні титанові сплави

12. Титанові сплави деформовані

13. Титанові сплави середньої міцності

14. Високоміцні титанові сплави

15. Порошкові сплави титану

16. Властивості берилію

17. Сплави на основі берилію

18. Використання берилію

Магній відноситься до легким і легкоплавким елементів: його щільність 1,740 кг/м3, температура плавлення 650°С. С. Це хімічно активний елемент, стружки і тирсу магнію легко займаються при нагріванні. Магній легко обробляється різанням, але має низькі механічні властивості [σв = 80-110 MH/м2 (8 - 11 кгс/мм2), δ = 6%].

Магній - сріблясто-білий, дуже легкий метал. На повітрі майже не змінюється, оскільки покривається тонким шаром окису, що захищає його від подальшого окислення.

В кислотах магній легко розчиняється з виділенням водню. Лугу на магній не діють. При нагріванні магній загоряється і згорає (див. рис.). Тонку фольгу магнію або порошок можна підпалити звичайної сірником: він горить яскравим полум'ям. Горить не тільки в кисні, але й у повітрі та CO2. Світло горить магнію містить багато ультрафіолетових променів. Раніше магнієм користувалися для освітлення при фотосесії. Застосовується також магній в освітлювальних ракет; раніше у піонерських таборах, а зараз у дитячих оздоровчих його підкидають у багаття, які запалюють при відкритті і закритті зміни. При цьому виходить великий сніп іскор.

Магній реагує з водою, утворюючи осад гідроокису. Він значно корродирует в морській воді і 3% розчину хлористого натрію. Крім лугів магній стійкий по відношенню до спиртів (крім метилового), гасу, бензину, фреону і мінеральних масел. Він є енергійним відновлювачем і витісняє менш активні метали з їх з'єднань. Наприклад, відновлює наступні метали (Zn, Fe, Bi, Sb, Cd, Sn, Pb, Cu, Ag та ін.) з розчину їх солей при кімнатній температурі, а при накаливании порошок магнію забирає кисень від NaOH, KOH, SiO2, Al2O3, B2O3, та ін., таким чином, нагріваючи порошок магнію з різними речовинами можна отримувати прості речовини.

Магній добре обробляється різанням (стружка добре ріжеться), але механічні та ливарні властивості його невисокі, що виключає застосування його в якості конструкційного матеріалу.

Тому як конструкційний матеріал не знаходить застосування, а служить основою для отримання сплавів, застосовуваних у техніці, особливо там, де вага конструкції має вирішальне значення (ракето -, літако -, приладобудування). Це пояснюється тим, що питома міцність магнієвих сплавів у 4,5 рази вище, ніж у алюмінієвих, в 2 рази вище, ніж у високоміцного чавуну. Магнієві сплави здатні гасити ударні і вібраційні навантаження, але вони мають низьку термостійкість (100-150° і тільки деякі з них до 200-350 °С і короткочасно при 350-400°С).

З багатьма металами магній утворює сплави, які володіють більш високими в порівнянні з чистим магнієм механічними властивостями і корозійною стійкістю, що значно розширює область застосування магнію. Використовуються сплави магнію з алюмінієм, цинком, марганцем, берилій, титаном, рідкісноземельними елементами. Добавка до магнію невеликих кількостей цих металів різко змінює його механічні властивості: сплави магнію легкі, міцні, міцні, коррозионностойки.

Легкі магнієві сплави використовують як конструкційного матеріалу для різних частин літаків, а також залізничного та автомобільного транспорту. Деталі з магнієвих сплавів, отримані литтям під тиском, застосовують у виробництві і точних оптичних приладів. Магнієвий порошок в хімічній промисловості використовують для зневоднювання органічних речовин і для синтезу складних органічних речовин.

Магній застосовують також як розкислителі у виробництві сталі і кольорового лиття, у якості матеріалу для анодів при катодного захисту від корозії сталевих виробів і конструкцій.

Широке застосування знаходять і з'єднання магнію (сульфат магнію).

Магній входить у число життєво важливих елементів. Цим мікроелементом багаті соя, шпинат, мигдаль, горіхи кеш'ю і палтус, які містять 80 - 90 мг магнію в порції. Солі магнію необхідні для живлення рослин. Їх можна знайти в будь-якому ґрунті.

В даний час застосовується велика кількість магнієвих сплавів, що містять алюміній, цинк, марганець, торій, цирконій, берилій, РОЗМ (рідкоземельні метали). Найбільше застосування знаходять сплави систем: Mg-Al-Zn, Mg-Zn-Zr, Mg-Zn-Zr-РОЗМ. Вказані елементи частково розчинні магнію, багато з них створюють хімічні сполуки, наприклад Mg₃Al₄.

Маркують магнієві сплави літерою М з іншого поруч стоїть буквою А для оброблюваних сплавів і Л для ливарних сплавов.Магниевые сплави підрозділяються на ливарні (МЛ) і деформируемые (МА).

До ливарним сплавів відносяться МЛ5, 6,10, 12, 23, 4, к бар - МА1, МА2-1, МА14, МА1, Ма2, МА5, МА10, МА11, МА14.

Сплави здеформовні піддаються кування, штампування, пресування, прокатці, тому з них роблять прутки, смуги, профілі, труби, листи, кування й ін. З сплавів магнію виготовляють перегородки, труби, профілі для зварних конструкцій, кузови, бензобаки і деталі спортивних автомобілів, великогабаритні навантажені деталі.

Ливарні магнієві сплави мають високі ливарні властивості, тому з них роблять вироби литтям у кокіль (металеві форми) під тиском і в сирі піщані форми. Особливо широко застосовується сплаву МЛ5, в якому поєднуються високі ливарні і міцнісні властивості, що дозволяє з нього готувати деталі літальних апаратів, коліс, корпусу агрегатів, маслопомпы та ін. Сплави магнію також використовуються для виготовлення виробів, що застосовуються в автомобільній, тракторній промисловості (картери двигунів, коробки передач, деталі автомобільних коліс і ін.). Сплави магнію з РОЗМ і цирконієм (МЛ12 і МЛ15) використовуються для виготовлення виробів, що працюють при 250-350° С і короткочасно при 350-400° С. Крім того, магнієві сплави застосовуються при виготовленні деталей приладів, фотоапаратів, кіноапаратури, оптичних і злiчена-вирішальних приладів і т.п., потреба в яких постійно зростає.

Вироби магнієвих сплавів піддаються рекрісталлізаціонному отжигу (~350°С), загартування і старіння. Використовуючи ці операції можна різко підвищити їх міцнісні властивості, наприклад, межа міцності у сплавів, що деформуються, підвищується на 10-30%, а у ливарних на 30-60%.

Недоліками магнієвих сплавів є:

- їх легка окислюваність і самовозгораемость при плавці, що викликає необхідність плавки й розливання цих сплавів під шаром флюсу або у вакуумі;

- менша корозійна стійкість і більш низькі ливарні властивості, ніж у алюмінієвих сплавів.

Ці недоліки усуваються добавкою в сплави невеликих кількостей берилію, нанесенням захисних покриттів і поліпшенням технології виробництва виливків.

Титан – твердий сріблясто-чорний метал, в природі знаходиться в якості складового елементу багатьох мінералів, особливо в ильмените і рутиле.

Титан має дві поліморфні модифікації: a-титану з гексагональної плотноупакованной гратами, і високотемпературну модифікацію b-титану з кубічної об'ємно-центрованої ґратами при 900 ° С. Температура поліморфного a " b-перетворення становить 882 ° С

Механічні властивості титану істотно залежать від вмісту домішок у металі. Розрізняють домішки впровадження - кисень, азот, вуглець, водень і домішки заміщення, до яких відносяться залізо і кремній. Хоча домішки підвищують міцність, але одночасно різко знижують пластичність, причому найбільш сильний негативний вплив здійснюють домішки впровадження, особливо гази. При введенні лише 0,003% Н, 0,02% N або 0,7% Про титан повністю втрачає здатність до пластичного деформації і тонко руйнується

Особливо шкідливий водень, що викликає водневу крихкість титанових сплавів. Водень потрапляє в метал при плавки і подальшій обробці, зокрема при травленні напівфабрикатів. Водень малорозчинний в a-титані і утворює пластинчасті частки гідридах, що знижує ударну в'язкість і особливо негативно що проявляється у випробуваннях на уповільнене руйнування. Тому зміст домішок, особливо газів, в титані і титанових сплавах (табл. 17.1, 17.2) суворо обмежене.

Хоча титан в півтора рази важче алюмінію, але за рахунок його дуже високої міцності, можна значно зменшити товщину виробів-порівнянні з алюмінієм. Крім того титан не накопичує втомних напруг. Нарешті титан майже не дряпається, не корозує (тому, що його поверхня захищена плівкою оксиду), тому титанові вироби зазвичай не фарбують, і вони мають характерний колір зі слабким блиском.

При підвищенні температури до 250 ° С міцність титану знижується майже в 2 рази. Однак жароміцні Ti-сплави по питомій міцності в інтервалі температур 300-600 ° С не мають собі рівних; при температурах вище 600 ° С сплави титану поступаються сплавів на основі заліза і нікелю.

Процес отримання титану досить складний (його не виплавляють подібно до інших металів, а виділяють з газу (!), що утворюється при впливі на руду кислотами). Механічна обробка титану також складна. Титан дуже пластичний матеріал, що дозволяє виготовляти з нього вироби складної форми методом екструзії, але при цьому титан дуже твердий і в'язкий. Титан володіють рядом переваг-порівнянні з іншими матеріалами. Отриманий цим методом титан губчатий (ГОСТ 17746-79) залежно від хімічного складу і механічних властивостей випускають наступних марок:

ТГ-90, ТГ-100, ТГ-110, ТГ-120, ТГ-130, ТГ-150, ТГ-ТБ. Цифри означають твердість по Брінеллю НВ, ТБ - твердий.

Для отримання монолітного титану губка розмелюють в порошок, пресується і спікається або переплавляється в дугових печах у вакуумі чи середовищі інертних газів.

Завдяки оксидної плівки, титан та його сплави не піддаються корозії в атмосфері, в прісній і морській воді, стійкі до корозії, а також в кислотах органічного походження.

Виробництво виробів з титану і його сплавів має ряд технологічних особливостей. З-за високої хімічної активності розплавленого титану його плавку, розливання і дугове зварювання виробляють у вакуумі чи середовищі інертних газів.

При технологічних та експлуатаційних нагрівах, особливо вище 550-600 ° С, необхідно вживати заходів для захисту титану від окислення і газонасыщения.

Титан добре обробляється тиском в гарячому стані і задовільно в холодному. Він легко прокочується, кується, штампується. Титан та його сплави добре зварюються контактної і аргонодугового зварювання, забезпечуючи високу міцність і пластичність зварного з'єднання. Недоліком титану є погана оброблюваність різанням з-за схильності до налипання, низької теплопровідності і поганих антифрикційних властивостей.

Основною метою легування титанових сплавів є підвищення міцності, жароміцних і корозійної стійкості. Широке застосування знайшли сплави титану з алюмінієм, хромом, молібденом, ванадієм, марганцем, оловом і ін. елементами. Легуючі елементи роблять великий вплив на поліморфні перетворення титану.

ПРОМИСЛОВІ ТИТАНОВІ СПЛАВИ

Титанові сплави порівняно з технічним титаном мають більш високу міцність, у тому числі і при високих температурах, зберігаючи при цьому досить високу пластичність і корозійну стійкість.

За технологією виготовлення титанові сплави підрозділяються на деформируемые та ливарні; за рівнем механічних властивостей - на сплави невисокою підвищеної міцності і пластичності, середньої міцності, високоміцні; за умовами застосування - на хладостойкие, жароміцні, корозійностійкі. По здатності упрочняться термообробкою вони діляться на упрочняемые і неупрочняемые.

Ливарні титанові сплави. Порівняно з деформируемыми ливарні сплави мають меншу міцність, пластичність і витривалість, але дешевше. Складність лиття титанових сплавів обумовлена активним взаємодією титану з газами і формувальними матеріалами. Ливарні сплави ВТ5Л, ВТ14Л і ВТЗ-1Л за складом в основному збігаються з аналогічними деформируемыми сплавами (у той же час сплав ВТ14Л додатково містить залізо і хром).

Високими технологічними властивостями володіє сплав ВТ5Л: він пластичний, не схильний до утворення тріщин при лиття, добре зварюється. Фасонні відлиття зі сплаву ВТ5Л працюють при температурах до 400 °C. Недоліком сплаву є його невисока міцність (800 МПа). двофазний ливарний сплав ВТ14Л піддають відпалу при 850 °C замість зміцнюючої термічної обробки, різко знижує пластичність виливків.