Механические характеристики титана

Механические свойства технического титана зависят от содержания примесей, особенно кислорода, азота и водорода. Повышение содержания кислорода на 0,05% приводит к росту предела прочности примерно на 60 МПа, а повышение на 0,05% содержания азота - на 125 МПа. Несмотря на увеличение прочности титана, эти элементы относят к вредным примесям, поскольку превышение их содержания свыше установленных стандартами пределов приводит к резкой потере пластичности, повышает чувствительность металла к надрезам и охрупчиванию.

Технически чистый титан обладает удовлетворительными технологическими свойствами. Он может подвергаться деформированию в холодном и нагретом состоянии, прокатке, прессованию, штамповке, литью. Прокаткой и прессованием из него изготовляют все виды проката и профилей. Технический титан режут газом и сваривают. Сварку ведут в среде защитных газов-аргона или гелия, а также в вакууме. При длительном воздействии высокой температуры во время ковки, прокатки и газовой резки на воздухе на поверхности изделий из титана и титановых сплавов образуется газонасыщенный слой, состоящий из хрупких окислов. Этот слой во всех случаях должен быть удален химической очисткой или механической обработкой - фрезерованием или строжкой, которые следует выполнять на пониженных скоростях, применяя интенсивное охлаждение. Это сопряжено с нагревом инструмента в связи с низкой теплопроводностью титана.

По механическим характеристикам относятся к пластичным сплавам с низкой и средней прочностью.

Титановые сплавы α + β относятся к группе высокопрочных термически упрочняемых сплавов. Для фиксации β-фазы при комнатной температуре в них вводят стабилизирующие элементы, такие как железо, марганец, хром, молибден, ванадий, ниобий и тантал. Лучшими стабилизирующими свойствами обладают железо, хром, марганец. К сплавам этой группы относятся сплавы марок ВТЗ-1, ВТ6, ВТ14, ВТ22. По механическим характеристикам они относятся к группе конструкционных сплавов с повышенной прочностью. Сплав ВТЗ-1 известен как жаропрочный сплав, предназначенный для изготовления деталей паровых турбин и деталей тяжело нагруженных конструкций. Из него выполняются все виды проката, поковки и штамповки. Он хорошо сваривается и удовлетворительно обрабатывается резанием.

Сплавы типа ВТ6 обладают хорошим комплексом прочностных и технологических свойств. Из них изготовляют все виды проката, поковки и штамповки. Они свариваются, но требуют отжига для восстановления пластических свойств зоны шва. Сплавы удовлетворительно обрабатываются, резанием. Находят применение в транспортном машиностроении и судостроении в отожженном и термически обработанном состоянии.

Сплав ВТ 14 обладает высокой технологичностью в закаленном состоянии. Из сплава выполняют все виды проката, поковки и штамповки. Сплав хорошо деформируется в холодном состоянии, что позволяет из него прокатывать ленту и фольгу, удовлетворительно сваривается. Используется для изготовления нагруженных деталей, работающих при температурах до 673 К.

Сплав ВТ22 обладает высокой прочностью в отожженном состоянии. Используется для изготовления крупногабаритных изделий. Поставляется в виде проката, поковок и штамповок.

В последнее время получают широкое распространение β-титановые сплавы. Они обладают высокой технологической пластичностью в закаленном состоянии, что обеспечивает им хорошую обрабатываемость давлением. Типичным представителем β-титановых сплавов является сплав ВТ15. Он после закалки и старения имеет предел прочности до 1600 МПа при 8%-м относительном удлинении. Однако сплавы этой группы имеют невысокую термическую стабильность и склонность к росту зерна, что затрудняет их сварку.

Титановые сплавы обладают высокой жидкотекучестью. Они позволяют получать плотные отливки. Для фасонного литья используются технический титан и титановые сплавы марок ВТ5Л, ВТЗ-1 Л, ВТ14Л (табл. 8.7). Основные трудности производства фасонных отливок обусловлены взаимодействием титана с формовочными и огнеупорными материалами, а также с газами. Из всех литейных сплавов наибольшее распространение получил сплав ВТ5Л.