Влияние легирующих элементов на полиморфное превращение в титане

 Легирующих элементов по влиянию на полиморфизм титана разделяются на следующие группы (рис. 5.2):

 

Рис.5.2. Диаграммы состояния систем титан – легирующий элемент (схемы): а) – Ti – α-стабилизаторы; б) - Ti – изоморфные β-стабилизаторы; в) – Ti – эвтектоидообразующие β-стабилизаторы; г) - Ti – нейтральные элементы

 

1. альфа-стабилизато ры: Al, O,N, которые повышают температуру превращения a«b и расширяют область альфа-фазы (рис. 5.2, а). Учитывая охрупчивающее действие азота и кислорода, практическое значение для легирования титана имеет только алюминий. Алюминий является основным упрочняющим легирующим элементом, к тому же имеющим малую плотность.

2. бета - c табилизаторы, понижающие температуру превращения α↔β и увеличивающие стабильность β-фазы (рис. 5.2, б и в). По виду диаграмм β-стабилизаторы можно разделить на две группы.

Сплавы Тi с V, Мо, Nb, Та, W не претерпевают эвтектоидного распада, и начиная с некоторой концентрации их в сплаве β-фаза сохраняется не превращенной до нормальной температуры. Эти элементы называют β-изоморфными стабилизаторами (рис. 5.2, б).

Некоторые b-стабилизаторы могут образовывать с титаном интерметаллические соединения типа TiX. Такие сплавы Тi с Сг, Mn,, Fе, Сu, Ni, РЬ, Ве, Со претерпевают эвтектоидное превращение. Эти элементы назы­ вают β-эвтектоидными стабилизаторами ( рис. 5.2, в).

3. нейтральные стабилизаторы: Sn, Zr, Hf, Th, не оказывающие существенного влияния на температуру полиморфного превращения и не меняют фазового состава сплавов (рис. 5.2, г).

Легирование нейтральными элементами не меняет фазового состава, но благодаря их растворимости изменяются свойства a и β фаз. Наибольшее практическое значение имеет Sn и Zг. Sn повышает прочность титановых сплавов при обычных и высоких температурах без заметного снижения пластичности, Zr повышает предел ползучести.

5.4.2. Влияние легирующих элементов на свойстватитановых сплавов

 

  Большинство легирующих элементов, являющихся b -стабилизаторами, повышают прочность (V, С r, М n, Si, F е), жаропрочность (Zr, Мо), коррозионнук» стойкость (N Ь, Та, Zr, Мо), термическую стабильность (V, N Ь, W, Мо), снижая при этом пластичность титановых сплавов.

  Алюминий присутствует во всех титановых промышленных сплавах. Это поясняется тем, что алюминий эффективно упрочняет a-Тi, снижает его плот­ность, следовательно, повышает удельную прочность; повышает жаростойкость (сплавы с А1 могут работать без защитного покрытия ~ до 550-600 °С). Обычное содержание алюминия от 2,5 до 6,5 % (по массе), объясняется диаграммой состояния Тi-А1. Растворимость А1 в a-Тi при 600 °С составляет 6,5-7 %. При увеличении содержания алюминия появляется упорядоченный a-твердый раствор с таким же типом решетки, как и граничный a-твердый раствор на основе a- Тi. Выделение упорядоченной a-фазы приводит к охрупчиванию, уменьшению термической стабильности и пластичности.       

Олово (2.5-4,5 %) и цирконий (2-11 %) повышают термическую стабильность, увеличивают предел ползучести и прочность при низких и средних температурах, понижают склонность к хладноломкости и улучшают свариваемость. Введение наряду с А1 вольфрама и молибдена (1-33 %) создает возможность изготовления жаропрочных титановых сплавов с высокими рабочими ха рактеристиками.

Ниобий («I %) повышает стабильность поверхности,

увеличивая жаропрочность при высоких температурах.

  Кремний (0,2-0,3 %) повышает сопротивление ползучести, ограничивает подвижность дислокаций, и увеличивает прочность при всех температурах. С увеличением содержания марганца («1,5 %) прочность повышается, а пластичность и технологичность ухудшаются. Титановые сплавы также легируют ванадием (1-6 %), хромом (1-11 %) и железом («1 %).