Титанові сплави, сплави на основі титану . Легкість, висока міцність в інтервалі температур від криогенних (-250 °С) до помірно високих (300—600 °С) і відмінна корозійна стійкість забезпечують Т. с. хороші перспективи вживання як конструкційні матеріали в багатьох областях, зокрема в авіації і інших галузях транспортного машинобудування.

  Т. с. отримують шляхом легування титану наступними елементами (числа в дужках — максимальна для промислових сплавів концентрація легуючої добавки в % по масі): Al (8), V (16), Мо (30), Mn (8), Sn (13), Zr (10), Cr (10), Cu (3), Fe (5), W (5), Ni (32), Si (0,5); рідше застосовується легування Nb (2) і Та (5). Як мікродобавки застосовуються Pd (0,2) для підвищення корозійної стійкості і В (0,01) для подрібнення зерна. Легуючі добавки мають різну розчинність в а і b-ti і змінюють температуру a/b-превращенія. Алюміній, а також кисень і азот, що переважно розчиняються в а-ti, підвищують цю температуру у міру збільшення їх концентрації, що веде до розширення області існування а-модифікації; такі елементи називаються а-стабілізаторами. Sn і Zr добре розчиняються в обох алотропічних модифікаціях титану і дуже мало впливають на температуру «a/b-превращенія; вони відносяться до так званих нейтральних упрочнітелям. Всі останні добавки до промисловим Т. с. переважно розчиняються в b-ti, є b-стабілізаторамі і знижують температуру поліморфного перетворення титану. Їх розчинність в a і b-модіфікаціях титану міняється з температурою, що дозволяє зміцнювати сплави, що містять ці елементи, шляхом гарту і старіння.

  У зв'язку з наявністю поліморфізму титану і його здатністю утворювати тверді розчини і хімічні з'єднання з багатьма елементами діаграми стану Т. с. відрізняються великою різноманітністю. Проте в промислових Т. с. концентрація легуючих елементів, як правило, не виходить за межі твердих розчинів на основі а-ti і b-ti і металлідниє фази зазвичай не спостерігаються.

  В нелегованому титані, а також в сплавах титану з а-стабілізаторами і нейтральними упрочнітелямі не можна зафіксувати високотемпературну b-модіфікацію шляхом гарту зважаючи на наявність мартенситного перетворення, в результаті якого утворюється вторинна а-фаза голчаної форми. У сплавах же з b-стабілізаторамі можна, залежно від концентрації, зафіксувати будь-яку кількість b-фазі аж до 100%. На суцільну b-структуру можуть гартуватися подвійні сплави, що містять не менше 4% Fe, 7% Mn, 7% Cr, 10% Мо, 14% V, 35% Nb, 50% Ta; ці концентрації називаються критичними. У загартованих сплавах докритичного і критичного складів (b-фаза є нестабільною і при подальшій низькотемпературній обробці (старінні) розпадається з утворенням дисперсних виділень вторинної а-фази, що дає ефект зміцнення. У сплавах закрітічеського складу (наприклад, Ti — 30% Мо) утворюється стабільна b-фаза і ефекту зміцнення не спостерігається.

  Загальноприйняте ділення промислових Т. с. на 3 групи за типом структури. До сплавів на основі а-структури відносяться сплави з Al, Sn і Zr, а також з невеликою кількістю b-стабілізаторів (0,5—2%). Зважаючи на незначну кількість або навіть відсутність в їх структурі b-фазі вони практично не зміцнюються термічною обробкою і тому відносяться до категорії сплавів середньої міцності (s _b = 700—950 Мн/м-код ² ; або 70—95 кгс/мм ² ) . Листове штампування цих Т. с. можлива лише вгорячую. Достоїнства а-сплавів — відмінна зварюваність, висока межа повзучості і відсутність необхідності в термічній обробці, а також відмінні ливарні властивості, що важливе для фасонного литва. Малолеговані а-сплави, а також відношуваний до цієї групи технічний титан, що мають межу міцності менше 700 Мн/м-код ² (70 кгс/мм ² ), піддаються листовому штампуванню вхолодную. Двофазні a + b-сплаві — найбільш багаточисельна група промислових Т. с. Ці сплави відрізняються вищою технологічною пластичністю, ніж а-сплави, і в той же час можуть бути термічно оброблені до дуже високої міцності (s _b = 1500—1800 Мн/м-код ² , або 150—180 кг/мм ² ) ; вони можуть володіти високою жароміцністю. До недоліків двофазних сплавів слід віднести декілька гіршу зварюваність в порівнянні із сплавами попередньої групи, оскільки в зоні термічного впливу можлива поява крихких ділянок і утворення тріщин, для запобігання чого потрібна спеціальна термічна обробка після зварки. Сплави на основі b-структурі мають найбільш високу технологічну пластичність і добре піддаються листовому штампуванню вхолодную; після старіння набувають високої міцності; добре зварюються, але зварні з'єднання не можна піддавати зміцнюючій термічній обробці із-за окрихчування, що обмежує вживання сплавів цього типа. Іншим недоліком (b-сплавів є порівняно невисока гранична робоча температура — приблизно 300 °С; при вищих температурах більшість сплавів цього типа стають крихкою.

  Хімічний склад промислових Т. с., таких, що випускаються в СРСР, приведений в таблиці. 1 (з розбиттям за типом структури). По сферах застосування і вигляді напівфабрикатів можна приблизно підрозділити сплави на наступні групи: зварювані сплави переважно для листів (ВТ5-1, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ20, ВТ6С, ВТ14, ВТ15); сплави підвищеної міцності для штампувань (ВТ5, ВТ6, ВТ14, ВТ16, ВТ22); жароміцні сплави для штампувань (ВТЗ-1, ВТ8, ВТ9, ВТ18). Сплав ВТ6С спеціально рекомендується для балонів високого тиску, всі жароміцні сплави — для дисків, лопаток і інших деталей компресорів газотрубних двигунів, сплав ВТ22 — для масивних навантажених штампувань, сплав ВТ16 — для болтів. У разі потреби (наприклад, при виготовленні штампосварних конструкцій) всі листові сплави можуть застосовуватися для виготовлення штампувань.

Таблиця. 1. — Хімічний склад промислових титанових сплавів СРСР

  Механічні властивості Т. с. в тому, що відпалює і термічно зміцненому стані приведені в таблиці. 2. Окрім звичайної термічної обробки, що складається з гарту і старіння, застосовуються різні режими відпалу, термомеханічна обробка (наприклад, гарт з-під штампу з подальшим старінням), а також ізотермічна деформація (повільне штампування в штампах, нагрітих до температури деформації). У останньому випадку досягаються дуже однорідні і високі механічні властивості. Титан і його сплави можуть піддаватися куванню, об'ємному і листовому штампуванню плющенню, пресуванню, волочінню; з них можна отримувати ті ж напівфабрикати, що і з ін. конструкційних металів, з врахуванням підвищеної схильності титану до окислення при нагріві. Рекомендується застосовувати захисні емалеві покриття, які при обробці тиском одночасно є технологічними мастилами. Термічну обробку слід проводити в печах з нейтральною атмосферою або у вакуумі. Більшість промислових Т. с. мають досить вузький інтервал кристалізації і тому володіють задовільними ливарними властивостями. Для здобуття фасонних відливань переважно а-сплави, які, окрім хороших ливарних властивостей, дозволяють заварювати дефекти. Найбільш споживаний в СРСР ливарний Т. с. — сплав ВТ5Л. Для деталей підвищеної міцності застосовуються сплави ВТ6Л, ВТ9Л, ВТ20Л і ін. Як матеріал для форм використовуються спеціальні керамічні і графітові суміші а також сталеві кокілі.

Табл.2. — Механічні властивості титанових сплавів (типові)

  * Перше значення для мінімальної товщини, друге, — для максимальної.

  У стадії промислової розробки знаходяться високолеговані сплави Ti — Ni, що є по складу практично чиста хімічна сполука никелід титану. Сплави такого типа що отримали назву «ніитинол», володіють здатністю за певних умов відновлювати свою первинну форму після деякої пластичної деформації («ефект пам'яті»), що використовується, наприклад, в автоматичному реле протипожежних пристроїв і т. п.

  До недоліків Т. с. слід віднести низькі антифрикційні властивості; це вимагає вживання покриттів і мастил поверхонь, що труться.

  С. Р. Глазунов.