Структура и механические свойства титановых сплавов.
Титановые сплавы ВТ в самолетостроении.
Титановые сплавы широко применяются в сверхзвуковой авиации, где алюминиевые сплавы не могут быть использованы из-за низкой жаропрочности, а стали – из-за большой плотности. Титановые сплавы используются в планере самолета для таких деталей и конструкций как обшивка, силовой набор, детали крепления шасси, механизации крыла, пилоны и др. Применение титановых сплавов в вертолетостроении позволяет снизить массу деталей на 35-40% по сравнению со стальными. Примеры применения титановых сплавов в за последние годы приведены на картинке.
Легирующие элементы.
Легирующие элементы, входящие в состав промышленных титановых сплавов, образуют с титаном твердые растворы замещения и изменяют температуру аллотропического превращения. Влияние легирующих элементов на полиморфизм титана показано на рис.
Элементы, повышающие температуру превращения, способствуют стабилизации 
— твердого раствора и называются –стабилизаторами.
Элементы, понижающие температуру превращения, способствуют стабилизации 
– твердого раствора и называются – стабилизаторами.
Кроме – и –стабилизаторов различают нейтральные упрочнители:
Структура и механические свойства титановых сплавов.
В зависимости от характера влияния, оказываемого легирующими элементами на полиморфные превращения титана при сплавлении, все сплавы делятся на три группы:
1) с a-фазой (алюминий);
2) с b-фазой (хром, марганец, железо, медь, никель, бериллий, вольфрам, кобальт, ванадий, молибден, ниобий и тантал);
3) с a + b-фазами (олово, цирконий, гафний).
Сплавы титана с алюминием имеют меньшую плотность и большую удельную прочность, чем чистый или технически чистый титан. По удельной прочности они превосходят многие нержавеющие и теплостойкие стали в интервале 400 - 500 °С. Эти сплавы обладают более высокой жаропрочностью и наивысшим сопротивлением ползучести, чем многие другие на основе титана. Они также имеют повышенный модуль нормальной упругости. Сплавы не подвергаются коррозии и слабо окисляются при высоких температурах. Они обладают хорошей свариваемостью, причем даже при значительном содержании алюминия материал шва и околошовной зоны не приобретает хрупкости. Добавка алюминия уменьшает пластичность титана. Добавка олова в сплавы повышает их прочностные характеристики. Сплавы данного типа достаточно пластичны: прокатываются, штампуются и куются в горячем состоянии, свариваются аргоно-дуговой и контактной сваркой, удовлетворительно обрабатываются резанием, обладают хорошей коррозионной стойкостью в концентрированной азотной кислоте, в атмосфере, растворах поваренной соли при цикличных нагрузках и морской воде. Они предназначаются для изготовления деталей, работающих при температурах от 350 до 500 °С при длительных нагрузках и до 900 °С при кратковременных нагрузках. Сплавы поставляются в виде листов, прутков, полос, плит, поковок, штамповок, прессованных профилей, труб и проволоки. При комнатной температуре они сохраняют кристаллическую решетку, присущую модификации a-титана. В большинстве случаев эти сплавы применяют в отожженном состоянии.
Наилучшее сочетание свойств достигается в сплавах, состоящих из смеси a- и b-фaз. Непременным компонентом в них является алюминий. Содержание алюминия не только расширяет область температур, при которых сохраняется стабильность a-фазы, но и повышает термическую устойчивость b-составляющей. Кроме того, этот металл уменьшает плотность сплава и тем самым компенсирует увеличение данного параметра, связанное с введением тяжелых легирующих элементов. Они обладают хорошей прочностью и пластичностью. Из них изготовляют листы, прутки, поковки и штамповки. Детали из таких сплавов можно соединять точечной, стыковой и аргоно- дуговой сваркой в защитной атмосфере. Они удовлетворительно обрабатываются резанием, обладают высокой коррозионной стойкостью во влажной атмосфере и в морской воде, обладают хорошей термической стабильностью.
К титановым сплавам с термодинамически устойчивой b-фазой относятся системы, содержащие в своем составе алюминий (3,0 - 4,0 %), молибден (7,0 - 8,0 %) и хром (10,0 - 15,0 %). Однако при этом теряется одно из основных преимуществ титановых сплавов - относительно малая плотность. Это является основной причиной того, что данные сплавы не получили широкого распространения. После закалки с 760 - 780 °С и старения при 450 - 480 °С они имеют временное сопротивление, это эквивалентно стали. Однако эта прочность не сохраняется при нагревании, что является основным недостатком указанных сплавов. Они поставляются в виде листов, прутков и поковок. После закалки из области получается структура мартенсита '.
Термообработка
При температуре 882oС титан претерпевает полиморфное превращение, –титан с гексагональной решеткой переходит в – титан с объемно-центрированной кубической решеткой. Наличие полиморфизма у титана создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термической обработки.
Сплавы титана в зависимости от структуры после отжига делятся на , +, и сплавы. В зависимости от скорости охлаждения превращения могут идти по диффузионному механизму (медленное охлаждение), бездиффузионному механизму (быстрое охлаждение). При медленном охлаждении сплавы имеют структуру полиэврических зерен ТВ раствора. При быстром охлаждении имеют игольчатую мартенситную структуру. Кроме отжига, закалки и старения титановые сплавы подвергают химико- термической обработки, для увеличения износостойкости поверхностного слоя деталей. Рекристализационный отжиг холодно деформированных сплавов проводят при Т(650-850С) для восстановления зерна после деформации и снятия напряжения. Изотермический отжиг проводят при нагреве до Т (780-980С), охлаждение в печи до Т (530-680С), выдержка при этой Т и далее охлаждение на воздухе. Этот отжиг не дает высокую пластичность для + сплавов. Неполный отжиг для снятия напряжений продольных сил проводят при Т (500- 680) упрочняющая термообработка состоит из закалки и старения для + сплавов. Закалка при Т (800-820С). Старение Т (530-550С).