Свойства титана и его сплавов и сфера их применения

Свойства титана и его сплавов

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Каковы свойства титана
  • Что добавляют в титан для получения сплава
  • Каковы свойства сплавов титана
  • Где используют титан и его сплавы

 

Титановые сплавы обладают таким количеством преимуществ, что это выгодно отличает их от других соединений. Высокая удельная прочность, устойчивость к повышенным температурам, стойкость к коррозии, податливость к сварке – эти и многие другие свойства титана и его сплавов сделали эти материалы особо ценными в сфере металлообработки. В нашей статье мы подробнее рассмотрим все свойства этого удивительного металла.

Характеристики титана

В таблице Менделеева Титан (Ti) можно найти под номером 22. Этот металл и его сплавы являются четырехвалентными. Кипение достигается при температуре +3330 °С, а плавление при +1168 °С.

Выделяют два вида титана, которые имеют идентичный химический состав при разном строении. Это обуславливает отличия в их свойствах. Низкотемпературная α-модификация сохраняет устойчивость только до температуры +882,5 °С, β-модификация может выдерживать большую температуру и сохраняет устойчивость до температуры плавления.

Титан и его сплавы парамагнитны. Удельное электросопротивление этого материала достаточно высоко 5.562*10-7–7.837*10-7 Ом/м. Он отличается низкой восприимчивостью температуры при нагревании. В случае снижения температуры до 0,45 К, титан становится проводником. Сталь и титан внешне очень похожи.

Если сравнивать титан с алюминием или железом, то его плотность и удельная теплоемкость находятся где-то посередине. Зато он обладает высокой механической прочностью, превосходя в этом параметре алюминий в 6 раз, а чистое железо в 13 раз. Данный материал может быть представлен в любой форме: листами, плитами, трубами и прутками.

Механические и технические свойства титана и его сплавов, а также их химический состав определяются маркой материала. В его состав могут входить следующие элементы:

  • алюминий;
  • молибден;
  • ванадий;
  • марганец;
  • хром;
  • олово;
  • кремний;
  • цирконий;
  • железо.

Свойства титана и его сплавов

Стандартно выделяются три категории титановых сплавов:

  1. Конструкционные и высокопрочные титановые сплавы. Имеют очень твердый состав, благодаря которому достигается идеальный баланс пластичности и прочности.
  2. Жаропрочные титановые сплавы. Имеют твердый состав, включающий в себя определенное количество химического соединения, что несколько снижает пластичность, зато придает высокую жаропрочность.
  3. Титановые сплавы на основе химического соединения. Этот жаропрочный состав имеет малую плотность и может составить конкуренцию никелевым соединениям по жаропрочности при определенной температуре.

Сейчас Ti очень широко используют в конструкционной деятельности. Еще 200 лет назад его считали неподходящим для конструирования, но прошло время, и на данный момент это один из самых долговечных и надежных материалов с широким спектром других полезных свойств.

Рассмотрим подробнее самые популярные сплавы титана, их свойства и применение:

  • ВТ1-00 и ВТ1-0.

Технический титан. Полуфабрикаты технического Ti марок ВТ1-00 и ВТ1-0 поставляются в большом количестве металлургическими заводами. В состав этих марок входят примеси железа, азота, кремния, кислорода, углерода и пр. При этом в разновидности ВТ1-0 примесей значительно больше, чем обуславливается его большая прочность и меньшая пластичность по сравнению со второй маркой. Высокая пластичность этих марок позволяет изготавливать тончайшие изделия, включая фольгу.

Эти материалы не обладают высокой прочностью, поэтому для ее увеличения можно выполнить нагартовку. Правда, при этом снизится пластичность. Нагартовка не является оптимальным методом улучшения свойств данного металла, поскольку пластичность снижается гораздо сильнее, чем повышается прочность. Еще одним недостатком технического Ti является водородная хрупкость. Важно следить за тем, чтобы содержание водорода не превышало 0,008 % в титане ВТ1-00 и 0,01 % в ВТ1-0.

  • Сплав ВТ5 (ВТ5Л).

Для легирования сплава ВТ5 (ВТ5Л) использовали лишь алюминий, который является самым распространенным легирующим средством. Особые свойства алюминия привели его к лидирующим позициям среди всех лигирующих добавок:

  1. алюминий является природным материалом, который можно легко найти и стоит недорого;
  2. меньшая по сравнению с Ti плотность алюминия позволяет значительно повышать удельную прочность получаемого состава;
  3. чем больше в составе алюминия, тем более жаропрочное соединение получается, также увеличивается сопротивление ползучести соединения;
  4. включение в состав алюминия позволяет улучшить показатели модулей упругости;
  5. повышение объема алюминия в соединении снижает их водородную хрупкость.

По сравнению с техническим Ti, для марки ВТ5 характерны такие свойства, как большая прочность и жароустойчивость. Улучшение данных свойств приводит к снижению технологической пластичности Ti. Соединение ВТ5 в горячем состоянии может быть подвергнуто штамповке, ковке и прокату, что позволяет производить профильную, прутковую и штамповочную продукцию. Но основной сферой применения является фасонное литье (марка ВТ5Л), а не металл в деформированном состоянии.

  • Сплав ВТ5-1.

Соединение ВТ5-1 включено в систему Ti-Al-Sn. Технологические свойства титана и его сплавов с алюминием улучшаются за счет олова. Это приводит к снижению окислительных процессов и увеличению сопротивления ползучести. Прочностные свойства этого сплава титана позволяют отнести его к соединениям средней прочности. При этом ВТ5-1 не поддается надрезам, предел его выносливости с достаточным запасом, уровень жаропрочности достигает +450 °С.

С технологической точки зрения ВТ5-1 более предпочтителен (по сравнению с ВТ5). Основная сфера применения: поковки, листы, профили, плиты, штамповки, трубы, проволока и другие виды полуфабрикатов, производимых под давлением.

Соединение образуется путем сваривания. При этом основной материал и сварное соединение обладают одинаковой прочностью. Воздействие высокой температурой не повышает прочности ВТ5-1.

Если необходимо работать при криогенных температурах, то надо контролировать содержание примесей в материале, поскольку превышение допустимого порога может приводить к повышению хладноломкости. Маркировка ВТ5-1кт обозначает состав с пониженным содержанием примесей.

В европейских странах соединение Ti-5A1-2,5Sn используют двумя способами: по стандартному назначению и для работы при криогенных температурах. Состав для криогенной работы маркируют Ti-5AI-2,5Sn ELI и также для поддержания его свойств следят за уровнем примесей.

  • Сплав ОТ4-0.

Высокотехнологичное соединение с малой прочностью маркируют ОТ4-0. Под давлением в результате горячей обработки марганец способен повысить технологичность состава. Это сплав титана псевдо-α-класса с небольшим количеством β-фазы. Не подлежит термическому упрочнению. Сфера применения: поковки, листы, прутки, ленты, штамповки и полосы. Легко принимает нужную форму при холодной и горячей обработке. Допускается даже штамповка в условиях комнатной температуры. Свойства материала прекрасно подходят для сварочных работ.

  • Сплав ОТ4-1.

Среди наиболее технологичных можно выделить сплав титана ОТ4-1. Обладает следующими свойствами: малопрочный, малолегированный псевдо-α-класса системы Ti-Al-Mn, прекрасно деформируется. Можно менять форму этого титанового сплава как в горячем, так и в холодном состоянии. Сфера применения: поковки, листы, профили, плиты, ленты, прутки, полосы и трубы.

На холодную в основном выполняется листовая штамповка, не требующая сложной формы. Если необходимо изготовить более сложную по форме деталь, то желательно подогреть материал до +500 °С. Свойства ОТ4-1 позволяют использовать его для выполнения сварочных работ любым способом. При этом основной металл и сварное соединение будут обладать одинаковой прочностью и пластичностью.

Для полного отжига необходима температура +640…+690 °С (подходит для изготовления листовых полуфабрикатов и их производных) и +740…+790 °С (для изготовления поковок, прутков, штамповки и пр.).

Для неполного отжига достаточно температуры +520…+560 °С. Среди свойств, которые понижают ценность данного сплава, можно выделить невысокую прочность и излишнюю водородную хрупкость (для поддержания оптимальных свойств металла необходимо содержание водорода не более 0,005 %).

Сферы применения титана и его сплавов

Свойства титана и его сплавов нашли широкое применение в ракетной, авиационной и судостроительной отраслях. Титан и ферротитан являются лигирующими добавками к стали. Кроме этого, они могут выступать в качестве раскислителя.

Широкое распространение технический титан получил при изготовлении изделий, подвергающихся агрессивному воздействию среды (например, трубопроводы, клапаны, химические реакторы, арматура и пр.). Даже в электровакуумных приборах, работа которых тесно связана с высокой температурой, сетки и некоторые другие детали изготовлены из этого устойчивого материала.

Среди конструкционных материалов титан занимает четвертое место (после железа, алюминия и магния). Важным свойством титанового сплава с алюминием является высокая стойкость к окислению и повышению температуры, что особенно актуально для авиационной и автомобильной промышленности. Пищевая промышленность и восстановительная хирургия по достоинству оценили такое свойство этого материала, как биологическая безопасность для здоровья человека.

Разнообразие свойств титана и его сплавов довольно широко: высокая механическая прочность, устойчивость к повышению температуры, удельная прочность, стойкость к коррозии, низкая плотность и многие другие. Несмотря на высокую стоимость этого металла, затраты могут быть компенсированы более длительным сроком эксплуатации. А в некоторых ситуациях только этот материал способен выдержать работу в конкретных условиях.

Для авиастроения большое значение имеет такое свойство, как легкость материала в сочетании с высокой прочностью. Возможность использовать легкий Ti для работы в среде, где преобладают высокие температуры, выгодно отличает его от алюминия. Эти свойства титана и его сплавов позволяют использовать их при изготовлении обшивки самолетов, деталей шасси и крепления, и даже для конструирования реактивных двигателей. При этом масса изделия снижается на 10–25 %. Элементы воздухозаборников, лопатки и диски компрессоров, крепеж и многие другие детали производятся именно из титановых сплавов.

Ракетостроение также не обходится без данного материала, поскольку здесь необходимо решать сразу несколько проблем, возникающих из-за слишком малого срока работы двигателей при быстром прохождении плотных слоев атмосферы. Такие проблемы, как статическая выносливость, ползучесть и усталостная прочность, можно преодолеть за счет использования титана.

Свойства технического титана не соответствует в полной мере запросам авиационной отрасли, поскольку он не обладает достаточной тепловой прочностью. Зато его свойство сопротивляться коррозии нашло свое применение в судостроительной и химической промышленности. Здесь с его помощью изготавливают насосы для перекачки кислоты или соли, компрессоры, трубопроводы и запорную арматуру.

 

Емкости и фильтры из этого материала не поддаются негативному влиянию серной и соляной кислоты, а также растворам хлора. Помимо этого, Ti входит в состав материала для изготовления теплообменников, работающих в агрессивной среде (к примеру, в азотной кислоте). В области судостроения его можно встретить в обшивке подводных лодок и других кораблей, в материале торпед и гребных винтов. Удивительные свойства титана и его сплавов способствуют тому, что ракушки просто не налипают на такие детали. Вследствие этого снижается сопротивление судна во время движения.

Повсеместное использование соединений этого металла могло бы приобрести колоссальные темпы, если бы не его высокая стоимость и малая распространенность.

В промышленности соединения титана используются с разными целями в зависимости от их свойств. Так, высокая твердость карбида позволяет изготавливать из него режущие инструменты и абразивы. В производстве бумаги и пластика нашел свое применение белый диоксид. Кроме этого, с помощью него изготавливаются титановые белила.

В лакокрасочной и химической промышленности титаноорганические соединения используются как отвердитель и катализатор. Также в качестве добавки Ti применяют в химической, стекловолоконной и электронной промышленности, где идут в дело его неорганические соединения. Из нитрида титана изготавливают специальное покрытие для инструментов, а для обработки металлов чаще используют диборид как компонент, придающий твердость.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

  • Сварочно-монтажные столы

    Сварочно-монтажные столы

    16мм System – множество применений Сборочно-сварочные столы System16 - функциональность и надежность Компания «ВТ-Металл» разрабатывает и собирает столы для сварки и сборки деталей. Кроме того, мы выпускаем всю необходимую оснастку к ним. Мы предлагаем оборудование, подходящее как для серийного производства, так и для небольшой мастерской, где создаются штучные изделия. При этом наши сварочно-монтажные столы используются и в строительстве, и в металлообработке, и в автомобилестроении – словом, там, где важна надежность результата, скорость и точность работ. Ведь разнообразие сварочной оснастки к столам позволяет создавать любые, даже самые сложные конструкции. А наш гибкий и нестандартный подход в сочетании с опытом в производстве такого оборудования позволяет предлагать лучшие решения на сегодняшний день. Цены на типовые размеры столов Размер столаНаименованиеСтоимость Сварочно-монтажный стол СМС - 500х1000 smsg-10051016 46 500 руб. Сварочно-монтажный стол СМС - 800х1200 smsg-12081016 82 000 руб. Сварочно-монтажный стол СМС - 1000х1000 smsg-10101016 85 000 руб. Сварочно-монтажный стол СМС - 1200х1200 smsg-12121016 119 000 руб. Сварочно-монтажный стол СМС - 1500х1000 smsg-15101016 123 500 руб. Сварочно-монтажный стол СМС - 1500х1500 smsg-15151016 181 250 руб. Сварочно-монтажный стол СМС - 2000х1000 smsg-20101016 162 000 руб. Сварочно-монтажный стол СМС - 2400х1200 smsg-24121016 240 000 руб. Сварочно-монтажный стол СМС - 3000х1500 smsg-30151016 358 500 руб. Набор №1 "Начальный" 18 предметов  n1-0101816 36 936 руб. Набор №2 "Базовый" 49 предметов  n1-0104916 93 062 руб. Набор №3 "Стандартный" 84 предметов  n1-0108416 164 266 руб. Набор №4 "Профессиональный" 117 предметов  n1-0111716 262 266 руб. Если вы не нашли приемлемый для вас размер стола, мы изготовим его на заказ. Производим сварочно-монтажные столы от 1000х500 до 3900х1900. ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ЗАКАЗ ВЫПОЛНИМ ЗА 14 ДНЕЙ Рассчитайте стоимость стола по индивидуальным параметрам Рассчитать стоимость   Характеристики стола System 16: СИСТЕМНОЕ ОТВЕРСТИЕ 16мм ТОЛЩИНА МАТЕРИАЛА от 10мм  до 12мм БОКОВАЯ СТЕНКА - высотой 100 мм - расстояние между отверстиями 50 мм - шаг матричной сетки 50 мм Высота опор  750 мм НАГРУЗКА на 4 опоры = 2.000 кг на 6 опор = 3.000 кг РЕБРА ЖЕСТКОСТИ Множественные ребра внутри стола служат для обеспечения большей стабильности и точности  Универсальность – одно из главных отличий сборочного стола для сварки от «ВТ-Металл». Объединяя различные элементы: плиты, опоры, детали оснастки для сварки – вы можете создать целый комплекс, решающий именно ваши задачи. С помощью 16мм системы возможно производство различных изделий. Причем, перенастройка оборудования для создания новых деталей, как и для внесения изменений в конструкцию уже существующего изделия, делается очень легко и быстро. Множество вариантов использования, благодаря оснастке различных типов, делает это оборудование незаменимым, позволяя организовать полноценное производство с минимумом вложений.
  • Навесные кронштейны

    Навесные кронштейны

    Навесные кронштейны Создание вентилируемых фасадов невозможно без монтажных кронштейнов. Главное назначение этих элементов – воспринимать действующую нагрузку и передавать ее к несущей конструкции строения. Правильно выбранный кронштейн для навесных фасадов обеспечивает надежность и безопасность всей системы. На общую прочность конструкции влияют следующие факторы:   вес облицовочных элементов; отклонение поверхности стены от вертикали; величина вылета; шаг размещения кронштейна в навесном фасаде. Еще одно назначение данных элементов – крепление на стене оборудования и иных тяжелых предметов. Такой кронштейн для навесных агрегатов должен выдерживать тяжесть устройства, обеспечивать удобство обслуживания, поэтому его следует заказывать только у проверенных изготовителей. Наша компания предлагает комплексный набор услуг по изготовлению металлических изделий простых и сложных конструкций. Благодаря новейшим станкам с программным обеспечением, использованию лазерной резки мы имеем возможность быстро изготовить необходимое количество навесных кронштейнов. Вы можете заказать у нас как стандартные конструкции, так и детали, изготовленные по чертежам, разработанным индивидуально. Мы гарантируем достойное качество работы соответственно Вашим требованиям. Чтобы сделать заказ, Вы можете обратиться к нам по телефону +7(495) 960-62-45 или написать по адресу info@vt-metall.ru
  • Фасадные кронштейны

    Фасадные кронштейны

    Фасадные кронштейны Кронштейны на фасаде предназначены для закрепления несущего профиля на внешней стене. Их размеры, материал и конструкция зависят от структуры поверхности и материала облицовки. Кронштейн выполняет основную несущую функцию. Поэтому от того, насколько правильно он выбран, в конечном итоге зависит надежность всей фасадной системы. Изготовление таких элементов является одним из ведущих направлений производственной деятельности компании Vt-metall. Изделия нашли применение в следующих сферах: в строительной индустрии, архитектуре. В качестве кронштейнов для фасадных систем используются изделия из алюминия и оцинкованной стали. Наша компания производит оба вида перечисленных деталей как стандартных размеров, так и по чертежам заказчика. Фасадный кронштейн из оцинкованной стали Фасадные кронштейны с оцинкованной поверхностью используются в стальных системах, где все они являются несущими, независимо от расположения. Таким образом, вес облицовки равномерно распределяется по всей площади. Коэффициент теплового расширения стали сравнительно невелик (9,9 Х 10-6 м/мК против 22,2 Х 10-6 м/мК у алюминия), поэтому все соединения надежно зафиксированы, не имеют термических швов. Наша компания изготавливает оцинкованные кронштейны из металлических листов, после чего на поверхность деталей гальваническим методом наносится антикоррозионный слой цинка. Благодаря такому защитному покрытию детали получают устойчивость к внешним атмосферным воздействиям и коррозии. Мы предлагаем нашим клиентам различные стальные кронштейны для фасадов. Наиболее прочными являются детали с двумя ребрами жесткости, выдерживающие значительные нагрузки на изгиб. Одной из наиболее востребованных конструкций является «Сканрок». Благодаря продуманному строению он при малой толщине (1−2,5 мм, стандарт – 1,2 мм), может использоваться при навешивании тяжелой облицовки (керамогранита, стальных кассет, фиброцемента) в одно- и двухконтурных фасадных системах. Жесткость крепления узлов обеспечивается заклепками и/или саморезами. Фасадный кронштейн из алюминия Такой кронштейн изготавливается из алюминиевых сплавов, обладающих необходимым запасом прочности. Он нашел основное применение в обустройстве вентфасадов с алюминиевой подсистемой. В зависимости от положения в конструкции элемент может быть ветровым или несущим, что влияет на его вид и расположение/форму отверстий для крепежа. Проконсультироваться с нами, чтобы заказать, выбрать или купить фасадные кронштейны, можно по телефону +7 (495) 960-92-45 или электронному адресу info@vt-metall.ru.

 

Получите консультацию нашего специалиста:

Задавайте свои вопросы или закажите предварительный расчет стоимости работ,
чтобы убедиться – у нас доступные цены и оперативное исполнение

Акция