Титан и его сплавы

Титан — металл серебристо-белого цвета. Это — один из наи­более распространенных в природе элементов. Среди других эле­ментов по распространенности в земной коре (0, 61 %) он занимает десятое место. Титан легок (плотность его 4, 5 г/см³), тугоплавок (температура плавления 1665 °С), весьма прочен и пластичен. На поверхности его образуется стойкая окисная пленка, за счет которой он хорошо сопротивляется коррозии в пресной и морской воде, а также в некоторых кислотах. Титан устойчив против кавитационной коррозии и под напряжением. При температурах до 882 °С он имеет гексагональную плотно упакованную решет­ку, при более высоких температурах — объемно-центрирован­ный куб. Механические свойства листового титана зависят от хи­мического состава и способа термической обработки. Предел прочности σ _в= 300 ÷ 1200 МПа (30-120 кгс/мм²), относительное удлинение δ = 4 ÷ 30 %. Предел прочности титановых сплавов σ _в =350 ÷ 1000 МПа (35-100 кгс/мм²), относительное удлинение δ = 4 ÷ 10 %.

Вредными примесями титана являются азот, углерод, кислород и водород. Они снижают его пластичность и свариваемость, повы­шают твердость и прочность, ухудшают сопротивление коррозии. При температурах свыше 500 °С титан и его сплавы легко окисля­ются, поглощая водород, который вызывает охрупчивание (водо­родная хрупкость). При нагреве до температуры выше 800 °С ти­тан энергично поглощает кислород, азот и водород — эта способ­ность его используется в металлургии для раскисления стали. Ти­тан хорошо обрабатывается давлением и сваривается, но плохо поддается резанию. Он служит легирующим элементом для дру­гих цветных металлов и стали.

Благодаря своим замечательным свойствам титан и его спла­вы нашли широкое применение в само лето -, ракето - и судострое­нии. Из титана и его сплавов изготовляют полуфабрикаты; листы, трубы, прутки и проволоку. Двуокись титана применяют при про­изводстве белил и эмалей.

Основными промышленными минералами для получения тита­на являются: ильменит, рутил, неровскит и сфен (титанит). Про­мышленный титан — один из «молодых» конструкционных мате­риалов. В нашей стране его производство начато в 1954 г. Техно­логия получения титана сложна, трудоемка и длительна: сначала вырабатывают титановую губку, затем путем переплавки в ваку­умных печах из нее производят ковкий титан.

Губчатый титан, получаемый магниетермическим способом (ГОСТ 17746-79), служит исходным материалом для производ­ства титановых сплавов и других целей. В зависимости от хими­ческого состава и механических свойств стандартом установлены следующие марки губчатого титана: ТГ-90, ТГ-100, ТГ-110, ТГ-120, ТГ-130, ТГ-150, ТГ-Тв.

Буквы ТГ означают — титан губчатый, Тв — твердый; цифры означают твердость по Бринеллю. В губчатый титан входят приме­си: железо — до 0, 2 %, кремний — до 0, 04 %, никель — до 0, 05 %, углерод — до 0, 05 %, хлор — до 0, 12 %, азот — до 0, 04 %, кислород — до 0, 1 % (титан ТГ-Тв имеет более широкий допуск по массовой доле примесей).

Для изготовления полуфабрикатов предназначены титан и ти­тановые сплавы, обрабатываемые давлением (ГОСТ 19807-91). В зависимости от химического состава стандарт предусматривает следующие марки: ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ1-2, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6, ВТбс, ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9, ВТ14, ВТ20, ВТ22, ПТ-7М, ПТ-ЗВ, АТЗ.

Основные компоненты сплавов: алюминий — 0, 2-0, 7 %, мар­ганец — 0, 2-2 %, молибден — 0, 5-5, 5 %, ванадий — 0, 8-5, 5 %, цирконий — 0, 8-3 %, хром — 0, 5-2, 3 %, олово — 2-3 %, кремний — 0, 15-0, 40 %, железо — 0, 2-15 %. Примесями являются: углерод — до 0, 1 %, железо — до 0, 30 %, кремний — до 0, 15 %, цирконий — до 0, 3 %, кислород — до 0, 2 %, азот — до 0, 05 %, водород — до 0, 015 %. Железо, кремний и цирконий в зависимос­ти от марки сплава могут быть основными компонентами или примесями.