Он вдвое легче, но и вдвое прочнее железа, в 6 раз прочнее алюминия

 

В земной коре его много -0,63%.

 

Лишь три технически важных металла – алюминий, железо и магний распространены больше, чем титан. количество титана в земной коре в несколько раз превышает запасы (меди, цинка, свинца, серебра, золота, платины, хрома, вольфрама, молибдена, никеля, олова, сурьмы) вместе взятых.

 

Коррозионную прочность титана можно сравнить только с серебром и золотом. На пластинке из титана за 10 лет пребывания в морской воде не появилось и следов коррозии. На его поверхности легко образуется окисная пленка - поэтому высокая коррозионная стойкость.

 

Ему нипочем океанские глубины, межпланетный вакуум, сверхнизкие температуры космического пространства, жар аэродинамического нагрева.

 

Титан можно обрабатывать давлением и резанием, сваривать в среде аргона. изготавливать детали литьем, обработка резанием его затруднена.

 

Титан имеет очень высокую удельную прочность.

* Широкое применение титана сдерживается его высокой стоимостью, которая обусловлена сложностью извлечения его из руд.

* В отличие от многих металлов титан обладает значительным электросопротивлением. если электропроводность серебра принять за 100%. меди 94%, алюминия 60%, железо 15%, титана -3,8%. Это свойство очень важно для радиоэлектроники и электротехники.

 

 

Поставляется титан в виде листов, труб, прутков, поковок, штамповок.

Технический титан изготавливается 3-х марок:

* ВТ1-00 (99,53% Т)

* ВТ1-0 (99,48% Т)

* ВТ1-1 (99,44% Т)

Вредными примесями для титана являются: азот, углерод, кислород и водород, они снижают пластичность и свариваемость, повышают твердость, ухудшают сопротивление коррозии.

Технический титан имеет: σ = 300-500 МПА

δ = 20-30%

 

Чем больше примесей, тем больше прочность и меньше пластичность титана.

 

Сплавы на основе титана

Для получения сплавов титан легируют алюминием, молибденом, ванадием, марганцем, хромом, железом, ниобием и др.

Удельная прочность титановых сплавов выше, чем у легированных сталей.

 

Легирующие элементы оказывают большое влияние на температуры полиморфного превращения титана.

* Так, а люминий, кислород, азот - повышают температуру и расширяют - область. их называют -стабилизаторами.

* Молибден, ванадий, марганец, хром, железо -понижают температуру полиморфного превращения. их называют стабилизаторами.

 

Все промышленные сплавы титана содержат алюминий.

 

Титан и его сплавы

В соответствии со структурой различают следующие сплавы титана:

1. α-сплавы. Структура их α - твердые растворы л.э. в титане. основной легирующий элемент - алюминий.

ВТ5 -5% алюминия σв = 750-900 Мпа δ =10%

2. α + β -сплавы. Структура их - α и β твердые растворы. кроме алюминия. они содержат 2-4% стабилизаторов

ВТ6 (6% алюминия, 4% ванадия) σв =900-1070Мпа δ =6-9%

3. β -сплавы структура их β - твердый раствор. Содержат большое количество стабилизаторов.

ВТ32 (2% алюминия, 8% молибдена, 8% ванадия,1% хрома, 1% железа)

σв = 800-900 Мпа δ =6-15%

 

Термическая обработка титановых сплавов

Титановые сплавы в зависимости от состава и назначения можно подвергать:

* -отжигу

* -закалке и старению

* -химико-термической обработке

* Титан и альфа сплавы титана не подвергаются упрочняющей термообработке, их подвергают рекристаллизационному отжигу от температуры 650 -850°, это обеспечивает повышение пластичности.

* альфа +бетта сплавы титана могут быть упрочнены закалкой с последующим старением. при быстром охлаждении протекает сдвиговое мартенситное превращение. мартенсит здесь- пересыщенный твердый раствор легирующего элемента в альфа-титане. Температура закалки 750-950 °

 

Для увеличения износостойкости сплавы титана азотируют.

 

Применение титановых сплавов

Титановые сплавы как высокопрочные конструкционные материалы широко применяют с следующих областях:

* Авиации и ракетостроении - это корпуса двигателей, обшивки самолетов, баллоны для газов, сопла, диски и лопатки турбин, детали крепежа фюзеляжа. В самолете ТУ 154 несколько тысяч важнейших деталей сделано из сплавов титана

* Морское и речное судостроение - гребные винты, обшивки подводных лодок. судов, торпед

* Химической промышленности - оборудование для таких сред как хлор, кислоты, вентили для агрессивных жидкостей и т.п.

* Криогенной технике

* Сплавы титана обладают эффектом памяти - нитинол - сплавы титана с никелем. Изделие можно изогнуть. скрутить, а потом выпрямить. При нагреве оно воспроизведет свою форму.

 

Несмотря на то, что сплавы дороги, применение их в промышленности экономически выгодно, так. корпус химического реактора из нержавеющей стали служит 6 месяцев, а из сплавов титана - 10 лет

 

змеевик медный оцинкованный служит 10 месяцев, а титановый - 10 лет

 

 

Применяют и биметаллы сталь- титан

Магний и его сплавы

Магний также, как и алюминий и титан относится к материалам с малой плотностью.

 

Магний - металл серебристо-белого цвета, (под действием окисления поверхность магния тускнеет и становится матовой) не имеет полиморфных превращений и кристаллизуется в плотноупакованную гексагональную решетку.

* Плотность магния - 1,7 г/смз

* Магний в 1,5 раза легче алюминия, в 4,5 раза - железа, в 5 раз легче.

* Температура плавления магния - 651 °С

 

Магний обладает способностью легко воспламеняться. Вспыхивая, магний ярким светом, выделяя большое количество тепла. Поэтому магний находит широкое применение в пиротехнике, в военном деле при производстве сигнальных ракет, зажигательных бомб.

 

Магний нельзя гасить водой, т.к. будет взрыв.

* Легкая воспламеняемость магния способствовала тому, что многие считают, что изделия из магния опасны в пожарном отношении. Это не так.

* Магниевая пыль, стружка, порошок - они действительно опасны, а изделия, слитки - не опасны. чем больше масса, тем тепло быстрее растекается по всей массе материала. Магний имеет очень хорошую теплопроводность.

* Магний плохо сопротивляется коррозии - деталь толщиной 3 см будет полностью "съедена" морем за 3 месяца. Поэтому магний и его сплавы нужно защищать от коррозии.

 

Магний и его сплавы

Литой магний имеет σв =120Мпа δ =5% 30НВ

Деформированный σв = 250 Мпа δ=10% 50НВ

 

(прутки)

Технический магний выпускается 3-х марок:

* МГ90 (99,9% магния)

* МГ95 (99,95 %)

* МГ96 (99,96%)

Магний может быть использован в химической промышленности, в металлургии как раскислитель, легирующий элемент и т.п.

Как конструкционный материал чистый магний не применяется, а для этой цели используются сплавы магния

 

Сплавы магния

Достоинством магниевых сплавов является их высокая удельная прочность. σв = 250-400 Мпа. По степени прочности на единицу своего веса они превосходят легированные стали и композиции на основе алюминия, уступая в этом лишь титановым сплавам

 

Поэтому сплавы магния употребляются для изготовления наиболее металлоемких деталей двигателя, корпуса компрессоров, коробок скоростей, корпуса приборов. В самолетах типа Ту154 насчитывается более 2-х тонн деталей из магниевых сплавов.

 

Магниевые сплавы очень хорошо поглощают вибрацию

 

Их удельная вибрационная прочность почти в 100 раз выше, чем у лучших алюминиевых сплавов, в 20 раз лучше, чем у алюминиевых сплавов

 

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием

 

Они обладают высокой хладностойкостью. От внезапного похолодания внезапно разрушаются многие конструкции- мосты. магистральные трубопроводы. суда. при морозе сталь делается хрупкой, хладноломкой.

 

Основным легирующим элементом в магниевых сплавах является алюминий (до 10%) затем цинк (5-6%), марганец (до 2,5%)

По технологическому признаку сплавы магния можно разделить на 2 группы:

* -литейные - МЛ

* - деформированные – МД

 

Литейные магниевые сплавы - МЛ5,МЛ6,МЛ10, в их составе магний, алюминий, цинк.

Высокие литейные свойства, применяют для нагруженных крупногабаритных изделий, корпуса, конструкции в автомобилях - особенно гоночных. приборостроении.

Деформируемые магниевые сплавы МА1, МА2 -изготавливаются в виде горячекатанных листов, прутков, профилей, поковок, штамповок.

Сплавы, имеющие гексагональную решетку низкопластичны, поэтому ОМД ведут при повышенных температурах.

Химический состав их близок к литейным.

МА1 имеет σв =210Мпа

 

 

Лекция 16

 

«НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ»

Древние философы разделили весь мир на три царства: минеральное, растительное и животное. Но человек создал еще и четвертое - царство искусственных материалов и, пожалуй, самым удивительным изобретением человека стали пластмассы.

 

Представьте, что из окружающего нас мира исчезли бы пластмассы.

 

Тогда не стало бы не только привычных вещей в нашем доме, но и космических полетов, сверхзвуковых самолетов, глубоководных батискафов, современных телевизоров, всякого рода бытовых мелочей - полиэтиленовых мешочков, крышей - всего не перечислишь. Просто говоря, без пластмасс техника и наш быт вернулись бы в начало двадцатого века.

О значении пластмасс в развитии материального производства красноречиво говорит тот факт, что уже в 60-е годы мировой объем производства пластмасс значительно превысил выпуск цветных металлов.

 

Сейчас пластмассы не просто с успехом заменяют многие металлы, но и сами стали незаменимыми материалами во многих самых различных отраслях техники, пищевой промышленности, строительстве. сельском хозяйстве и т.п.