Свойства титана и его сплавов и сфера их применения
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса(ов))

Свойства титана и его сплавов

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.

Характеристики титана

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.

Свойства титана и его сплавов

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.

Сплав ВТ5-1

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 %).

Сплав ОТ4-1

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.

Сферы применения титана и его сплавов

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.

  • Изготовление металлических столов: обзор конструкций и технологии

    Изготовление металлических столов: обзор конструкций и технологии

    Изготовление металлических столов позволяет получить надежную и крепкую мебель, которая прослужит долгие годы. Ошибочно полагать, что такие предметы лишены изящности и элегантности, а подойдут они в лучшем случае в качестве садовой мебели. Напротив, изделия из металла могут украшать собой как дорогой интерьер особняка, так и выполнять утилитарные функции в мастерской. Сам процесс изготовления металлического стола тоже не так прост: необходимо рассчитать габариты конструкции, определиться с ее дизайном и несущими элементами. В нашей статье мы подробно опишем этот процесс, а также приведем правила выбора готовых металлических столов и подробно расскажем об их модификациях.
  • Вспомогательное сварочное оборудование: разновидности и описание

    Вспомогательное сварочное оборудование: разновидности и описание

    Вспомогательное сварочное оборудование призвано обеспечить удобство и скорость выполнения нестандартных работ либо облегчить манипуляции в сложных производственных или погодных условиях. Состав таких приспособлений, механизмов и инструментов целиком зависит от поставленных задач. Например, для автоматической сварочной линии это будут стационарные установки, для ручной сварки – гораздо более мелкие приспособления. Независимо от того, о каком типе оборудования идет речь, каждый из них должен обеспечивать соответствие готового изделия требованиям по качеству, а сам процесс выполнения работ – по безопасности. В нашей статье мы расскажем об этих нормах, а также перечислим виды вспомогательного сварочного оборудования.
  • Узкий металлический стеллаж для склада, офиса и дома

    Узкий металлический стеллаж для склада, офиса и дома

    Благодаря прочному каркасу, надежным креплениям и возможности хранить самые разные предметы и документы металлические стеллажи находят свое применение во многих сферах. Из-за явных преимуществ их используют в качестве торговых, складских, офисных систем хранения, а также устанавливают в мастерских и даже в домах. Узкий металлический стеллаж отлично впишется в интерьер современной квартиры. Его можно использовать на балконах и даже в ванной, там, где шкафы из дерева не смогут долго прослужить. О разных видах стеллажей и особенностях их выбора рассказано далее.
  • Сварная калитка для забора: просто и практично

    Сварная калитка для забора: просто и практично

    Сварная калитка для забора – наиболее практичный вариант устройства входа на участок. Изготовление и монтаж такого изделия занимают немного времени, стоит все это дело недорого, а по прочности, долговечности и эксплуатационным качествам оно не уступает более дорогим решениям. Перед изготовлением сварной калитки необходимо определиться с материалом несущих опор, лицевой обшивки, типом конструкции, набросать ее план, разобраться в этапах монтажа. Об этом и многом другом читайте в нашем материале.
  • Промышленная покраска металлических изделий: подготовка, процесс, выбор покрытия

    Промышленная покраска металлических изделий: подготовка, процесс, выбор покрытия

    При промышленной покраске металлических изделий необходимо соблюдать определенные требования к каждому этапу, начиная от подготовки поверхности и заканчивая выбором покрытия и способа его нанесения. Если в быту можно позволить те или иные недостатки при покраске своими руками, то при промышленном способе изделие должно отвечать строгим критериям качества. Несмотря на высокие запросы к результату, промышленная покраска не столь сложна. В нашей статье мы рассмотрим типы красок для этого процесса, опишем подготовку окрашиваемой поверхности, разберемся с технологиями нанесения покрытия и дадим рекомендации по выбору состава.
  • Изготовление металлических шкафов для раздевалок: виды, этапы производства, критерии выбора

    Изготовление металлических шкафов для раздевалок: виды, этапы производства, критерии выбора

    Изготовление металлических шкафов для раздевалок начинается с обработки требований и пожеланий заказчика, если это не стандартная модель, а индивидуальный эскиз под габариты и интерьер конкретного помещения. Далее производственный процесс перетекает в техническую плоскость: подготовка каркаса, работа с листовым металлом, шлифовка, окрашивание, комплектация. Немаловажен факт приемки результата работы. Для этого следует подготовить критерии оценки шкафов. Из нашего материала вы узнаете о преимуществах установки металлических шкафов в раздевалках, этапах их изготовления и правилах выбора готовых изделий.
  • Гибка металлических изделий: преимущества и недостатки разных методов

    Гибка металлических изделий: преимущества и недостатки разных методов

    Гибка металлических изделий – это сложный технологический процесс, который может быть осуществлен как в промышленных условиях, так и кустарными способами. Процесс гибки отличается в зависимости от типа заготовки (листовой металл, профильный металлопрокат, трубы), а также от вида используемого оборудования. Из нашего материала вы узнаете об основных методах производственной гибки, их преимуществах и недостатках, типах применяемого оборудования и условиях выполнения данного вида металлообработки.
  • Металлические шкафы для школы: надежные и безопасные

    Металлические шкафы для школы: надежные и безопасные

    Металлическая мебель неслучайно считается одной из самых надежных и долговечных, пользуется высоким спросом там, где невыгодно применять дерево или ДСП. Подвергаясь регулярному износу и загрязнению, она способна очень долгое время сохранять презентабельный вид даже после регулярных чисток. Весь секрет – в использовании особой краски и в антикоррозионных свойствах металла. Металлические шкафы для школы должны удовлетворять многим требованиям, так как размещают их в местах нахождения детей, которые сами будут ими пользоваться, к примеру, в раздевалках на уроке физкультуры. Чтобы выбрать самые подходящие, нужно учитывать ряд факторов, о которых мы и поговорим в этой статье.
  • Как сделать аргонную сварку своими руками: пошаговая инструкция

    Как сделать аргонную сварку своими руками: пошаговая инструкция

    Аргонная сварка подходит для работы с цветными металлами, титаном, нержавеющей сталью, другими сплавами. Высокая производительность, отличное качество шва, универсальность делают ее пригодной для использования на производстве и в быту. Однако оборудование для этого вида сварки стоит дорого, поэтому не окупается при бытовом использовании. Поэтому домашние умельцы задумываются над тем, как сделать аргонную сварку самостоятельно. Прежде чем делать оборудование для аргонной сварки, посредством которого возможны качественные сварные соединения, нужно разобраться в технологии этой работы. Несмотря на кажущееся сходство с электродуговой и газовой сваркой, ее основные принципы существенно отличаются.

Экспресс расчет
стоимости заказа

Узнайте предварительную стоимость заказа,
отправив нам необходимую информацию:

Заказать звонок

Узнайте предварительную стоимость заказа,
отправив нам необходимую информацию:

Акция