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 - cтабилизаторы, 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 назы­вают 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, Сr, Мn, Si, Fе), жаропрочность (Zr, Мо), коррозионнук» стойкость (NЬ, Та, Zr, Мо), термическую стабильность (V, NЬ, 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 %).