Марки титановых сплавов расшифровка

Обновлено: 18.05.2024

Титан широко распространен на земле. После Al, Fe и Mg он занимает четвертое место из присутствующих металлов в земной коре и является девятым элементом по распространенности на Земле. Титановые сплавы (ТС) обладают уникальным спектром свойств, благодаря сочетанию высокой прочности и жесткости, ударной вязкости и аникоррозионности, что обеспечивает широкий спектр применения для работы в средах, как с низкими, так и высокими температурами, позволяя снизить вес аэрокосмических конструкций и узлов крупногабаритной техники.

Характеристика

Помимо прочности и износостойкости к полезным свойствам данных материалов можно отнести тугоплавкость. При нагреве до 900 - 1150°C твердый сплав сохраняет все свои качества.

Существует специальная маркировка, которая указывает свойства и характеристики сплава. В основе принципа маркирования – буквы, указывающие на наличие того или иного металла и цифры, показывающие его количество в %. Необходимо точно понимать их значение, так как от данных показателей зависит пригодность материала для проведения необходимых работ.

Маркировка

Кроме упомянутого общего разделения, сплавам из титана присваивается специальная маркировка, которая соответствует составу и параметрам конкретного титан-материала. Технические марки ВТ1-1, ВТ1-0, ВТ1-00 содержат титан от 99,3 до 99,9%:

Разновидность титанового сплава, называемая титановой губкой (ТГ), может производиться одной из следующих маркировок: ТГ-90, ТГ-110, ТГ-150, ТГ-120, ТГ-Тв, ТГ-130, ТГ-100.

Литейные титановые виды имеют маркировки ВТ20Л, ВТ21Л, ВТ14Л, ВТ9Л, ВТ6Л, ВТ1Л, ВТ3-1Л, ВТ5Л (ВТ — высокопрочный титан, Л - литейный).

Классификация титановых сплавов, виды и характеристика

Характерной особенностью титана является наличие двух аллотропических модификаций, то есть состояний, имеющих одинаковый химический состав. Таким образом, строение и свойства у титана, самого важного элемента, входящего в титановые сплавы, может отличаться.

Согласно общепринятой классификации, титановые сплавы делятся на группы:

высокопрочные конструкционные,
жаропрочные,
химические.

Некоторые виды технического титана, необходимого для металлургической промышленности, отличаются разным уровнем прочности. Этот показатель напрямую зависит от содержания таких примесей, как азот, кремний, железо, углерод. При этом увеличивающаяся прочность сплава, достигающаяся добавлением большего количества алюминия, обычно обозначает пропорционально уменьшающуюся пластичность. Вместе с этим титан, содержащий алюминиевые добавки, становится более дешёвым, то есть более экономически выгодным материалом.

Группа конструкционного титана объединяет в себе титановые сплавы, которые обладают свойствами высокой коррозийной стойкости к внешним воздействиям, могут с лёгкостью свариваться между собой, а также с некоторыми другими металлическими изделиями и деталями. Сейчас уже создан специальный титан-сплав, который называется морским и применяется в солёной морской воде для производства прочных глубоководных агрегатов. Он обладает не только высокой физической и усталостной прочностью, но также и хладостойкостью. Благодаря особенностям состава и производства, данный тип сплавов является металлопродуктом с неограниченным сроком применения.

Титановые сплавы, их характеристика, применение и маркировка

Титановые сплавы — имеют в основе титан, один из самых распространённых элементов на земле. Имея высокую прочность, коррозионную стойкость и массу других особенных и полезных свойств, сплав применяется даже в ракетном строительстве.

Жаропрочные Ti-сплавы

Отечественный сплав ВТ-25 с прочностным показателем до 1150.0 МПа, значительно превосходит зарубежные аналоги, обладает самыми высокими свойствами при Т до 550.0С.

ВТ-18 обладает самыми прочными свойствами при Т до 600.0С – лучший среди отечественных сплавов, используемых в промышленности.

Общая характеристика свойств титана и его сплавов

Атомный вес Ti составляет 47.88. Он является упруго жестким, около 115 ГПа модуля Юнга, прочным, легким, устойчивым к коррозионным процессам. Ti и титановые сплавы обладают пределом прочности на разрыв в диапазоне 210-1380 МПа, что приближается к пределу прочности, характерному для многих сложных сталей.

Он имеет чрезвычайно низкую плотность примерно 60.0% от плотности Fe. Его можно упрочнить путем легирования растворенным веществом. Ti немагнитен и обладает отличными теплообменными способностями. Одним из его важных свойств титановых сплавов — высокая Т плавления – 1725.0 C, то есть почти на 200 C больше, чем у стали, и на 1000 C – чем у Al.

Ti пассивирован, и, следовательно, его сплавы имеют высокую степень устойчивости к воздействию большинства минеральных кислот. Он нетоксичен и совместим с биологическими тканями и минералами. Превосходная коррозионная устойчивость и биосовместимость совместно с превосходной прочностью сделали их полезными для химической промышленности и биоматериалов. Ti не является хорошим проводником электротока. Если проводимость Cu принять за 100.0%, то у Ti будет только 3.1%, из этого следует, что он довольно хороший резистор.

Слиток титана

2. СОРТАМЕНТ

2.1. Размеры прутков и предельные отклонения по ним должны соответствовать указанным в табл.1.

Номинальный диаметр, мм

Предельные отклонения по диаметру прутка, мм

Площадь поперечного сечения, см

Теоретическая масса
1 м прутка, кг

1. Теоретическая масса 1 м прутка вычислена по среднему диаметру при плотности 4,5 г/см, что соответствует плотности титана.

2. Переводные коэффициенты для вычисления приближенной теоретической, массы 1 м прутка из титановых сплавов приведены в справочном приложении 1.

3. Прутки диаметром от 65 до 150 мм включительно из титанового сплава ВТ1-2 изготовляются только нормальной точности.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2. По длине прутки изготовляют:

от 0,5 до 4 м - при диаметре прутков от 10 до 20 мм включительно,

от 0,5 до 6 м - при диаметре прутков св. 20 до 60 мм включительно,

от 0,5 до 2 м - при диаметре прутков св. 60 до 150 мм;

мерной и кратной мерной длины в пределах немерной с предельными отклонениями:

+30 мм - для прутков диаметром от 10 до 20 мм включительно,

+50 мм - для прутков диаметром св. 20 до 60 мм включительно,

(Измененная редакция, Изм. N 2).

2.3. Прутки кратной мерной длины должны изготовляться с учетом припуска на каждый рез 10 мм.

2.4. При изготовлении прутков мерной длины диаметром от 20 до 60 мм допускается в партии 10% прутков длиной не менее 500 мм, а при изготовлении прутков мерной длины диаметром св. 60 мм - 15% прутков длиной не менее 300 мм.

2.5. Овальность прутков не должна выводить их размеры за предельные отклонения по диаметру.

2.6. Прутки должны быть прямыми. Допускаемая кривизна прутка на 1 м длины не должна превышать 5 мм для прутков диаметром от 10 до 60 мм включительно, 7 мм - для прутков диаметром свыше 60 до 150 мм включительно.

Общая кривизна прутка не должна превышать произведения допускаемой кривизны на 1 м длины прутка на длину прутка в метрах.

2.7. При отсутствии в заказе указания о точности изготовления и качестве поверхности, прутки изготовляются нормальной точности и обычного качества.

Примеры условных обозначений

Пруток из титанового сплава марки ОТ4 диаметром 65 мм обычного качества, нормальной точности, немерной длины:

Пруток ОТ4 65 ГОСТ 26492-85

То же, повышенной точности длиной 1500 мм:

То же, длиной кратной (КД) 1000 мм:

Пруток из титанового сплава марки ОТ4 диаметром 65 мм повышенного качества нормальной точности длиной 2000 мм:

1. КЛАССИФИКАЦИЯ

обычного качества (обозначают маркой титана или титанового сплава);

повышенного качества - ПК;

по точности изготовления:

повышенной точности - П.

Раздел 1. (Измененная редакция, Изм. N 1).

Применение и продукция из твердых сплавов

Материал широко распространен в современной промышленности. Развивается и технология производства самих сплавов, улучшается их качество, меняется состав, появляются новые маркировки. Но помимо изменения самого материала, меняются и принципы работы с ним. Появляются новые типы соединений, наносимые на изделия, благодаря чему, они приобретают новые функции и роли в промышленности.

На сегодняшний день твёрдые сплавы применяются:

В производстве режущего инструмента. Изготовленные из высокопрочных материалов инструменты позволяют повысить качество производства, ускорить его и снизить затраты на брак и закупку материалов. Высокая жаростойкость и прочность позволяют работать на предельных скоростях. Поэтому сплавы гораздо более ценны в производстве инструмента, нежели простая сталь. В их производстве зачастую используют алмазные заготовки, значительно повышающую качество материала и его свойства. К примерам таких инструментов можно отнести резцы, свёрла и т.д.;
В изготовлении высокопрочных деталей для механических изделий, производственных машин, автомобилей и техники, ножей и лезвий для грейдеров – в механизмах, испытывающих высокие перегрузки и усилия;
В производстве оборудования, предназначенного для больших нагрузок. Например, рудодобывающее оборудование, буровые установки. Сплавы применяются в опорах промышленных весов и в прочих механизмах, рассчитанных на большие усилия и давления;
При изготовлении мелких, но ключевых деталей различных механизмов. Например, из данного материала производятся подшипники, клеммы, различные защитные напыления и прочее.
В производстве различных форм и матриц, при отливке стальных изделий как простых, так и имеющих сложную форму.
Для механической постобработки сложных материалов (сталь, чугун, цветные металлы, жаростойкие материалы и т.д.).
При штамповании различных изделий.

Перед закупкой инструмента, деталей или просто исходного материала, в составе которого есть сплавы, необходимо тщательно изучить к какому классу они относятся и какими свойствами обладают. В этом поможет понимание значений маркировок, которые указывают на состав изделия и, как следствие, на его способность выдерживать те или иные нагрузки. Каждый класс материала предназначен для применения в конкретной сфере производства и может быть абсолютно не пригоден для иной, что также следует учитывать.

Марки титановых сплавов расшифровка

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ПРУТКИ КАТАНЫЕ ИЗ ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Titanium and titanium alloys rolled bars.
Specifications

Дата введения 1987-01-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26 марта 1985 г. N 829 срок действия установлен с 01.01.87 до 01.01.92*

* Ограничение срока действия снято постановлением Госстандарта СССР от 10.09.91 N 1439 (ИУС N 12, 1991 год). - Примечание изготовителя базы данных.

ВНЕСЕНЫ: Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 21.09.89 N 2802 с 01.04.90, Изменение N 2, утвержденное и введенное в действие Постановлением Комитета стандартизации и метрологии СССР от 10.09.91 N 1439 с 01.03.92

Изменения N 1, 2 внесены изготовителем базы данных по тексту ИУС N 12, 1989 год, ИУС N 12, 1991 год

Настоящий стандарт распространяется на круглые горячекатаные необточенные прутки из титана и титановых сплавов.

Химические сплавы

ТС используется для выпуска поковки, заготовки, пластины и листы из TiAl. Также доступны сложные отливки, потому что он применяется для некоторых высокотемпературных компонентов практически чистой формы. TiAl представляет интерес для таких применений, как лопасти реактивного двигателя, колеса компрессора для турбонагнетателей, автомобильных клапанов и другие жаростойких компонентов. Для высокотемпературного применения, требующего небольшого веса, это хорошая альтернатива суперсплавам до 850 C.

Классификация

Как и любые металлические материалы, твердые сплавы имеют собственную классификацию, которая помогает подобрать наиболее подходящий материал для своих целей.

В зависимости от способа получения, сплавы бывают:

Как видно из названия, литые сплавы изготавливают технологией литья. Среди них: стеллиты (которые состоят из хрома, вольфрама, углерода и никеля; как связка используется кобальт), сормайты (состоящие из хрома, углерода и никеля на железной основе), а также твердые сплавы, в которых в качестве основы использован никель. Чаще всего, в процессе литья применяется технология пресса, которая позволяет получить изделия высокого качества, требующие минимальной обработки перед использованием (однако, чаще всего необходимо проведение термической постобработки).

Спеченные сплавы (или металлокерамические), в свою очередь, производятся по технологии порошковой металлургии. Она представляет собой высокоточное производство, благодаря чему, получаемый на выходе материал имеет максимально высокую степень качества и не требует дополнительной обработки. Максимум, что может потребоваться – небольшая шлифовка полученного изделия. Металлокерамическими данные сплавы называют, потому что способ их производства схож с производством керамических изделий.

По химическому составу различают:

ВК – однокарбидные, вольфрамо-кобальтовые;
ТК – двухкарбидные, титано-вольфрамо-кобальтовые;
ТТК – трехкарбидные, титано-тантало-вольфрамо-кобальтовые;
ТН - безвольфрамовые.

Вольфрамо-кобальтовые

Сплавы на основе карбида вольфрама – наиболее распространённые представители данной группы. К ним относятся BK6 и BK8, упомянутые выше. Сплавы можно разделить ещё на две группы, в зависимости от их состава: содержащие в своём составе вольфрам – как уже говорилось ранее, такие сплавы состоят из карбида вольфрама и ещё минимум одного металла, играющего роль связки (чаще всего таковым является кобальт).

В основном сплавы группы ВК используют для изготовления режущего инструмента. Это резцы, пластины.

Состав и характеристики сплавов ВК

Характеристика физико-механических свойств

Предел прочностипри изгибе

* Буква М означает, что сплав является мелкозернистым, ОМ - особо мелкозернистый.

Из таких материалов получаются высококачественные инструменты, которые используются в промышленности, различных производствах и в быту, изготовление деталей различных конструкций. Это могут быть детали для автомобилей, механических предметов, приборов и любых механизмов. изготовление деталей, требующих высокой жаростойкости.

Титановольфрамовокобальтовые

Группа сплавов ТК производится для иструментов, выполняющих резание сталей, дающих сливную стружку. В основе состава карбид титана и карбид вольфрама. В связке идёт кобальт. Титан дает снижение адгезии со сталью, благодаря этому сплавы группы ТК более износостойкие при обработки сталей. При увеличении карбидов титана повышается твердость и износостойкость, но прочностьснижается.

Характеристика физико-механических свойств

Предел прочности при

Титанотанталовольфрамокобальтовые твердые сплавы

По ГОСТ 3882-74 имеется 5 марок. Титан в составе улучшает свойства и эксплуатационные показатели, выражающиеся в повышении прочности при обычной и повышенной температуре. Благодаря карбиду тантала в составе улучшается износостойкость при резании

Характеристика физико-механических свойств

Безвольфрамовые сплавы

Такие сплавы в СССР появились в 1970 гг. ввиду дефицита вольфрама. По ГОСТ 26530-85 существует две марки безвольфрамовых сплавов на основе карбидов, карбонитридов титана с никель-молибденовой связкой.

Содержание основных компонентов

Эти марки обладают меньшей прочностью и теплостойкости они не могут заменить традиционные вольфрамовые. Сплав КНТ16 хорошо подходит для прерывистого резания. А марка ТН20 может эффективно заменить Т30К4 и Т15К6. Им можно проводить чистовую и получистовую обработку незакаленной стали.

Так или иначе, благодаря своим свойствам сплавы массово применяются во многих производствах.

По классификации ИСО, твердые сплавы делят по областям применения при обработке резанием:

Р — для стальных отливок, дающих сливную стружку;
М — труднообрабатываемые стали, сплавы;
К — обработка чугуна;
N — обработка алюминия и других цветных металлов и их сплавов;
S — для обработки жаропрочных сплавов и сплавов на основе титана;
H — для закаленной стали.

Сплавы группы Р маркируются синим цветом, М — желтым и К — красным цветом

Классификация групп

Сплавы Ti подразделяют на следующие группы:

Высокопрочные конструкционные — твердые растворы, с оптимальным соотношением прочностных характеристик и пластичности.
Жаропрочные титановые сплавы — твердые растворы с необходимым количеством присадок, обеспечивающих стойкость в зонах с высокими температурами при незначительном снижении пластичности.
ТС на базе химического соединения, способных конкурировать со сплавами Ni в определенном интервале температур.

Свойства

Основные свойства твёрдых сплавов: твердость; жаростойкость; прочность; износостойкость;

Однако, стоит понимать, что данные характеристики зависят от соотношения элементов, из которых изготовлен сплав. Так, например, материалы, в названии которых используется сочетание букв «BK» напрямую зависимы от размера от карбида вольфрама. При уменьшении зерна карбида, сплав становится более твёрдым. При этом, велика вероятность уменьшения его прочности. При увеличении зерна происходит обратный процесс – прочность увеличивается, но сплав получается менее твёрдый. Поэтому при закупке данного материала важно понимать значение маркировок, так они напрямую говорят о его свойствах.

Титаносодержащие сплавы более твердые и жаростойкие. Температура их плавления выходит за пределы 1200°C. Кроме того, они меньше подвержены окислению. Из недостатков можно отметить худшую теплопроводность, по сравнению с материалами группы «BK», а также слабую прочность при изгибаниях.Однако эта проблема решается добавлением в состав карбида тантала – сплавы, маркированные как «TTK» гораздо более прочны при работе.

Активному использованию в различных производствах способствует также и тот факт, что твердые металлы, как ни странно, весьма пластичны. Поэтому работать с ними можно как при высоких, так и при низких температурах. Однако, резать, гнуть и проводить прочую механическую работу следует с большой осторожностью в связи с большой ломкостью и слабой прочностью при изгибах. При обработке материала необходимо знать его плотность, так как от этого зависит его прочность. Так, например плотность вольфрамовых сплавов варьируется от 14 до 15 г/см³; титаносодержащих – от 9 до 13,5 г/см³; материала с примесью тантала – от 12 до 13,6г/см³.

От всех перечисленных свойств зависит, где и каким образом могут применяться твердые сплавы.

Примеры маркировки твердых сплавов

По принципу маркировки твердые сплавы делят согласно химическому составу:

ВК - в составе карбид вольфрама и кобальт. Цифра означает содержание кобальта в процентах. Например это сплав ВК8, ВК10, ВК6
ТК. Титаносодержащие сплавы, содержащие карбид титана, карбид вольфрама, кобальт. Обозначение буквами ТК. Цифра после буквы Т означает содержание карбида титана в процентах, а после буквы К - процент содержания кобальта. Это сплавы Т5К10, Т14К8, Т15К6, ТЗ0К4
ТТК. Титано-тантало-вольфрамовые. Сплав включает в себя сразу три металла: титан, вольфрам и тантал и кобальт. Маркируется буквами ТТК. Цифра после ТТ, например «7» указывает на содержание карбидов титана и тантала, цифра после "К" , например «12» - процент кобальта. Марки ТТ7К12, ТТ20К9;
ТН. Безвольфрамовые. ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30.

Применение

Сферы человеческой жизнедеятельности, в которых с успехом применяется титановый сплав, трудно перечислить. Титановые сплавы прежде всего известны тем, что нашли реализацию в ракетостроении и других сферах, связанных с покорением космоса, самолётостроением и проведением научно-исследовательских работ в этом направлении. Для упомянутых сфер изготавливают титановые детали для каркаса воздушных и космических судов, элементы обшивки, топливные бачки, внутренности для мощных реактивных двигателей, компрессоры, диски, части воздухозаборников.

Кроме безвоздушного пространства в космосе и разряженной атмосферы в пределах планеты, титан применяется для водных работ, то есть для установки на морских и океанических судах. Титановым делают корпус грузоподъёмного судна, его насосные детали, гребные винты и т.д.

Медицинская промышленность не смогла бы быть такой прогрессивной без титановых сплавов, применяемых для изготовления высокопрочных и точных мединструментов, внутрикостных фиксационных приспособлений, внутренних протезов, хирургических зажимов. Для химических производств сплав титан уже давно стал незаменим при изготовлении различных реакторов, выдерживающих агрессивные химические среды, а также центрифуг, лабораторных насосов и специальных змеевиков.

Промышленность, связанная с общественным питанием, обязана титану возможностью производства сепараторов, частей для рефриджераторов, цистерн и разнообразных холодильных ёмкостей. В такой сложной области, как гальванотехника, работающей с электрическим током, титан входит в состав анодных корзин, гальванических ванн, трубопроводов, подвесок, теплообменников. В нефтегазовой промышленности описываемым сплавом пользуются для изготовления частей клапанов, фильтров, отстойников и других специальных резервуаров.

Титановые сплавы помогают человечеству в производственной деятельности, а также при изготовлении пищи, техники, ракет, кораблей, инструментов для медицины, уже долгое время. До сих пор изобретаются всё новые сплавы с уникальным сочетанием элементов и добавлением новых, которые обладают ещё неизвестными до этого свойствами, передающимися конечному титан-сплаву. В зависимости от содержания изначальных веществ, способа и условий изготовления титан приобретает различные свойства и соответствующим образом маркируется.

Марки титановых сплавов расшифровка

ТИТАН И СПЛАВЫ ТИТАНОВЫЕ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ

Wrought titanium and titanium alloys. Grades

Дата введения 1992-07-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством авиационной промышленности СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Комитета стандартизации и метрологии СССР от 17.07.91 N 1260

ВНЕСЕНО Изменение N 1, принятое Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 12.05.2011 N 39). Государство-разработчик Россия. Приказом Росстандарта от 07.11.2011 N 513-ст введено в действие на территории РФ с 01.07.2012

Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 1, 2012 год

1. Настоящий стандарт устанавливает марки титана и титановых деформируемых сплавов, предназначенных для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, фольги, полос, плит, прутков, профилей, труб, поковок и штампованных заготовок) методом деформации, а также слитков.

Требования настоящего стандарта являются обязательными.

2. Марки и химический состав титана и титановых сплавов должны соответствовать приведенным в таблице.

Массовая доля химических элементов, %

сумма прочих приме- сей

1. Массовая доля элементов максимальная, если не указаны пределы.

2. Массовую долю водорода указывают в нормативной документации на конкретные виды полуфабрикатов.

Массовая доля водорода указана для слитков.

3. В титане марки ВТ1-00 допускается массовая доля алюминия не более 0,30%, в титане марки ВТ1-0 - не более 0,70%.

4. В плоском прокате из сплава марки ВТ14 толщиной до 10 мм массовая доля алюминия должна быть 3,5-4,5%, а в остальных видах полуфабрикатов - 4,5-6,3%.

5. В сплаве марки ВТ3-1, предназначенном для изготовления штамповок лопаток и лопаточной заготовки, верхний предел массовой доли алюминия должен быть не более 6,8%.

6. В сплаве марки ПТ-3В массовая доля циркония в сумме с прочими примесями не должна превышать 0,30%.

7. Во всех сплавах, содержащих в качестве легирующего элемента молибден, допускается частичная замена его вольфрамом в количестве не более 0,3%.

Суммарная массовая доля молибдена и вольфрама не должны превышать норм, предусмотренных таблицей для молибдена.

8. Во всех сплавах, не содержащих в качестве легирующих элементов хром и марганец, массовая доля последних не должна превышать 0,15% (в сумме).

9. Массовая доля меди и никеля в титане и во всех сплавах должна быть не более 0,10% (в сумме), в том числе никеля не более 0,08%.

10. В графу "Сумма прочих примесей" входят элементы, оговоренные в пп.8 и 9, а также другие элементы, приведенные в таблице, но не регламентированные как примеси.

11. Для сплавов марок ПТ-1М, 3М, 2В, 5В, 14, 19, 27, 37, 40 допускается введение модифицирующих химических элементов до 0,003%. Сплавы, модифицированные бором, дополнительно маркируют индексом Б.

Бор вводят в сплавы в соответствии с расчетным составом и фактическое содержание его не определяют.

12. В сплаве марки 5В содержание циркония в сумме с прочими примесями не должно превышать 0,3%.

13. В сплавах марок 3М и 19 содержание ванадия и олова допускается не более 0,15% (в сумме).

14. Для сплавов марок ПТ-1М, 3М, 2В, 5В, 14, 19, 27, 37, 40 допускается сужение пределов по содержанию основных легирующих элементов по нормативной документации на конкретные виды полуфабрикатов.

11-14. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

Электронный текст документа

подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:

официальное издание
Цветные металлы. Кремний, магний, кадмий,
титан. Технические условия. Марки: Сб. ГОСТов. -
М.: ИПК Издательство стандартов, 2001

Редакция документа с учетом
изменений и дополнений подготовлена
АО "Кодекс"

Производство титана и его сплавов

Титан производится с использованием процесса Kroll. Основные стадии включают извлечение, очистку, производство губки, создание сплава, а также формование. В начале выплавки производитель получает титановые концентраты с рудников. Хотя рутил можно использовать в его естественной форме, ильменит обрабатывают для удаления железа, чтобы он содержал не менее 85% диоксида титана. Эти материалы помещаются в реактор с псевдоожиженным слоем вместе с газообразным хлором и углеродом. Материал нагревают до 900 C, и последующая химическая реакция приводит к образованию нечистого тетрахлорида титана (TiCl4) и оксида углерода. Далее различные нежелательные хлориды металлов, которые образуются, должны быть удалены.

Прореагировавший металл помещается в большие дистилляционные емкости и нагревается. На этом этапе примеси отделяются с помощью фракционной перегонки и осаждения. На этом этапе удаляются хлориды металлов, в том числе железо, ванадий, цирконий, кремний и магний.

Очищенный тетрахлорид титана переносится в виде жидкости в реакторную емкость из нержавеющей стали. Затем добавляют магний, и контейнер нагревают до температуры около 1100 C. Аргон закачивается в емкость для удаления воздуха и предотвращает загрязнение сплава кислородом или азотом. Магний реагирует с хлором с образованием жидкого хлорида магния. Это оставляет твердое титановое твердое вещество, так как температура плавления титана выше, чем в реакции.

Твердое титановое вещество удаляют из реактора путем бурения, а затем обрабатывают водой и соляной кислотой для удаления избытка магния. Полученное твердое вещество представляет собой пористый металл, называемый губкой. Чистая титановая губка может быть преобразована в пригодный для использования сплав с помощью дуговой печи с расходуемым электродом. В этот момент губка смешивается с различными добавками сплава. Точное соотношение материала губки к сплаву формулируется в лаборатории до производства. Затем эту массу прессуют в компакты и сваривают вместе, образуя губчатый электрод.

Губчатый электрод помещают в вакуумно-дуговую печь для плавления. В этом охлаждаемом водой медном контейнере электрическая дуга используется для плавления губчатого электрода с образованием слитка. Весь воздух в контейнере либо удаляется (образуя вакуум), либо атмосфера заполняется аргоном для предотвращения загрязнения.

После изготовления слитка его вынимают из печи и проверяют на наличие дефектов. Поверхность может быть кондиционирована по требованию заказчика. Затем слиток отправляется покупателю готовой продукции, где он может быть измельчен и изготовлен в различные продукты.

Производство титана

Маркировка титановых сплавов

Существуют две кристаллографические формы титана, учитывающихся при маркировке:

Альфа-титан, в котором атомы расположены в кристаллической решетке;
бета-титан, в котором атомы расположены в кристаллической решетке с кубическим телом (BCC).

Чистый титан существует в форме альфа-фазы при температуре выше 883 C и в форме бета-фазы при температуре ниже 883 C.Температура аллотропического превращения альфа-титана в бета-титан называется температурой бета-трансуса.
Легирующие элементы в ТС могут стабилизировать либо альфа-фазу, либо бета-фазу сплава.

Алюминий (Al), галлий (Ga), азот (N), кислород (O) стабилизируют альфа-фазу.

Молибден (Mo), ванадий (V), вольфрам (W), тантал (Ta), кремний (Si) стабилизируют вета-фазу.

Титановые сплавы подразделяются на четыре группы по фазовому составу:

Коммерчески чистые и низколегированные ТС. Он состоит из зерен-фазы и дисперсных сфероидных частиц бета-фазы. Небольшие количества железа, присутствующие в сплавах, стабилизируют бета-фазу и обладает относительно низкой механической прочностью и хорошей коррозионной стойкостью.
Титановые альфа сплавы состоят исключительно из альфа-фазы. Они содержат алюминий в качестве основного легирующего элемента, стабилизирующего альфа-фазу. Они имеют хорошую вязкость разрушения и сопротивление ползучести в сочетании с умеренной механической прочностью, которая сохраняется при повышенных температурах. Такие ТС легко свариваются, но их работоспособность в горячем состоянии оставляет желать лучшего.
Титановые альфа-бета сплавы, содержат 4-6% стабилизаторов вета-фазы, поэтому они состоят из смеси обеих фаз. Сплавы альфа-вета подвергаются термообработке. Они имеют высокую механическую прочность и хорошую горячую форму. Сопротивление ползучести таких ТС ниже, чем у альфа-сплавов.
Титановые бета-сплавы богаты вета-фазой. Они содержат значительное количество вета-фазных стабилизаторов, термически обрабатываемыедо очень высокой прочности и имеют хорошую форму в горячем состоянии. Пластичность и усталостная прочность этих ТС в условиях термообработки низкие.

Титановые сплавы обозначаются согласно их составам:

Ti-5Al-2.5Sn идентифицирует титановый сплав, содержащий 5% алюминия и 2,5% олова.
Ti-6Al-4V идентифицирует Ti-сплав, содержащий 6% алюминия и 4% ванадия.

Параллельно этой системе обозначений существуют и другие системы обозначения титановых сплавов (ASTM, IMI, военная система).

Область применения

Титановый сплав, который имеет высокую коррозионную стойкость, высокую удельную прочность и хорошую термостойкость, используется для различных частей космического корабля, включая наружную оболочку топливного бака и крылья. Сочетая легкий вес с высокой прочностью, титан помогает усилить планеры и повысить производительность реактивных двигателей. В случае космического челнока, титан используется для многих критических частей, включая наружные панели топливного бака и детали крыла.

В самолетах используется большое количество титанового сплава, потому что он легкий и чрезвычайно прочный при высоких температурах. ТС применяется для укрепления каркасной конструкции и способствует техническому прогрессу реактивных двигателей.

Титановые сплавы применение:

Установки для сжиженного природного газа;
установки опреснения морской воды;
нефтеперерабатывающие заводы;
атомные электростанции;
автоцистерны для химических реагентов, потому что ТС легок, устойчив к коррозии, и чрезвычайно сильный;
теплообменники, которые используются в экстремальных условиях высокой температуры и высокого давления;
биомедицинские приложения.

Огромными преимуществами титана являются его высокое отношение прочности к весу и антикоррозионность. В сочетании с нетоксичным состоянием и способностью эффективно противостоять коррозии от биологических жидкостей титан стал базовым металлом для имплантата в области медицины, со сроком службы более 20 лет.

Еще одним преимуществом Ti для применения в медицинской отрасли является его неферромагнитное свойство, позволяющее безопасно обследовать больных с применением МРТ и ЯМР.

Титановый протез сустава

Высокопрочные конструкционные ТС

Высокопрочные сплавы – ВТ-14, ВТ-22, ВТ-23, ВТ-15 (1000.0-1500.0 МПа).

ВТ-22 – свариваемый ТС с высокими прочностными характеристиками и прокаливаемостью. Он нашел широкое применение при изготовлении отечественных самолетов: Ил-76/ 86/ 96, Ан-72/ 74/124/224/148, Як-42, МиГ-29 и других. Из данного ТС изготовляются крупногабаритные детали для внутреннего силового набора, узлов шасси и сварных узлов, например, траверс и балок тележек основных шасси.

ВТ- 22И, полученный высокотехнологичным методом изотермического деформирования в условиях сверхпластичности, может обеспечить выпуск тонкостенных деталей сложной конфигурации и гарантирует надежную сварку титановых сплавов. Высокий и стабильный уровень механических свойств достигается однородной мелкозернистой структурой, что снижает трудоемкость мехобработки деталей на 35–40%.

Трубы из титанового сплава для теплообменников

Особенности титановых сплавов и их получения

Общие особенности, которые имеют марки титана:

немагнитность (отсутствие реакции на воздействие магнитного поля или его создание);
прочность в сочетании с низкой плотностью, дающие небольшой вес и поразительную хладостойкость (последнее свойство даёт «зелёный свет» применению титана в условиях постоянного и сильного холода);
технологичность в процессе прессования (благодаря этому сплав используется, как заготовка для обработки прессом);
высокая коррозионная стойкость (сплав настолько хорошо выдерживает высокую влажность, что может применяться даже в воде).

Сплав проявляет свои механические свойства в зависимости от содержания внутри него таких веществ, как водород, азот, кислород и углерод. Именно они образуют с титаном, основным элементов сплава, твёрдые соединения, называемые в химии нитритами, оксидами, гидридами, карбидами. Так, повышение содержания перечисленных элементов влияет на сплав в сторону увеличения плотности, твёрдости и уменьшения пластичности, способности подвергаться сварке (штамповке и пайке) либо противостоять коррозии. Сплав при большом содержании водорода значительно увеличивает свою хрупкость.

Метод изготовления сплава из титана зависит от той разновидности материала, которую необходимо получить на выходе. Например, чистейший йодный титан-сплав можно произвести путём диссоциации термического типа, в которой участвует четырёхйодистый сплав, либо применяется способ зонной плавки. Однако, благодаря невысокому модулю упругости титана, изготовление жёстких конструкций из данного составного вещества становится затруднительным, поэтому не производится.

Твердые сплавы

Металлы, отличающиеся повышенной твёрдостью и износостойкостью - это твердые сплавы. Изготавливаются, как правило, из карбидов металлов (титана, хрома, вольфрама и прочих), что делает их особенно стойкими к высоким температурам и механическим воздействиям. Такие сплавы невероятно прочные, а потому, пригодные для различных производств.

Нюансы термообработки титановых сплавов

В настоящее время из-за растущего спроса на титан и его сплавы с улучшенными физическими и химическими свойствами многие исследователи проявляют большой интерес к улучшению процессов обработки под воздействием температуры для получения новых видов сплавов.

ТС подвергаются термообработке для достижения следующего:

Снятие напряжения, чтобы уменьшить остаточные явления, возникающие в процессе изготовления.
Отжиг для достижения оптимального сочетания пластичности, обрабатываемости, стабильности размеров и структурной устойчивости.
Обработка раствора и старение, для увеличения прочности.

Комбинации процессов используются для оптимизации свойств и получения других преимуществ, таких как:

Вязкости разрушения;
предела выносливости;
высокой температуры ползучести;
стойкости к преимущественному химическому воздействию;
предотвращение искажения;
подготовки ковки для последующих операций формования и изготовления.

Термическая обработка титановых сплавов ее типы:

Снятие напряжения. С ТС снимается стресс, без отрицательного влияния на прочность или пластичность. Процесс ковки происходит при температуре от 595 до 705 C в течение до двух часов с последующим воздушным охлаждением. Это уменьшает нежелательные остаточные напряжения, которые могут возникнуть в процессе ковки.
Отжиг, который обычноприменяется для ковки заготовок, не является полным отжигом и может оставить следы холодной или теплой обработки. Дуплексный и триплексный отжиг используются для улучшения сопротивления ползучести и вязкости разрушения.
Обработка раствора и старение. Этот процесс состоит из нагрева сплава до определенной температуры, закалки с контролируемой скоростью в масле, воздухе или воде и старении. Выдержка состоит из повторного нагревания до температуры от 425 до 650 C в течение примерно двух часов. Этот процесс развивает более сильные стороны, чем другие.

Таким образом, Ti -сплавы обладают огромным потенциалом для выбора дизайнером «материала будущего» из-за его уникального сочетания металлургических свойств, таких как высокое отношение прочности к весу в диапазоне температур от минус до 540 C. В этом отношении его базовые сплавы превосходят все обычные конструкционные материалы, что позволяет применять их в самых важных процессах.

Читайте также: