Титан сочетает повышенную прочность, стойкость к коррозии и воздействию высоких температур с небольшой плотностью, поэтому может использоваться для изготовления ответственных деталей и конструкций. Для улучшения механических и эксплуатационных свойств металла и его сплавов применяют разные виды термообработки. Они помогают стабилизировать микроструктуру, обеспечивают оптимизацию фазовых преобразований и снижают внутренние напряжения. Методы термической обработки подбирают с учетом состава и характеристик.
Виды и свойства сплавов
Титан и его сплавы способны выдержать значительную нагрузку и в 3-4 раза прочнее нержавеющей стали. Они используются в аэрокосмической, химической и атомной промышленности, в медицине, в машиностроении и строительстве. Сплавы получают путем введения легирующих компонентов, которые определяют особенности микроструктуры и реакцию материала на термообработку. Обычно добавляют алюминий, железо, хром, ванадий и другие элементы.
Различают следующие виды титановых сплавов:
- Альфа. Имеют гексагональной решетку, получаются при добавлении алюминия, циркония или олова. Отличаются высокой коррозионной стойкостью и хорошими показателями свариваемости, но ограниченной плотностью.
- Бета. Легирующими элементами служат хром, ванадий и молибден. Они обеспечивают образование кубической решетки, придают материалу высокую прочность, но меньшую стойкость к коррозии.
Сплавы титана с двухфазной структурой сочетают характеристики однофазных материалов. Они имеют повышенную усталостную прочность и выдерживают циклические нагрузки, сохраняют механические свойства при воздействии высоких температур и длительном контакте с агрессивными средами.
| Тип сплава | Основные добавки | Микроструктура | Преимущества |
|---|---|---|---|
| Альфа | Алюминий, Цирконий, Олово | Гексагональная | Высокая коррозионная стойкость, хорошая свариваемость |
| Бета | Хром, Ванадий, Молибден | Кубическая | Высокая прочность, ограниченная коррозионная стойкость |
| Двухфазные | Смесь элементов альфа и бета-сплавов | Смешанная структура | Устойчивость к высоким температурам, высокая усталостная прочность |
Способы термической обработки
Для устранения недостатков и улучшения эксплуатационных свойств титановых сплавов применяют разные виды термообработки. Они помогают снизить остаточные напряжения внутренней структуры, повышают прочность, позволяют оптимизировать показатели сопротивления ползучести и вязкости разрушения. В результате улучшается обрабатываемость материала, сохраняется стабильность структуры и размеров заготовок.
Востребованным видом термической обработки титана является отжиг, который предусматривает нагрев и длительное охлаждение после выдержки. По температуре теплового воздействия и влиянию на свойства материала различают:
- Рекристаллизацию. Такой тип отжига предусматривает нагревание в пределах +600…+800 °C и позволяет восстановить пластичность, сниженную из-за холодной деформации.
- Отжиг для снятия напряжений. Проводится при температуре +450…+650 °C, помогает уменьшить напряжения после механической обработки.
- Двойной отжиг. Он применяется для балансировки пластичности и прочности, улучшает ударную вязкость и особенно эффективен при эксплуатации сплавов в условиях высоких температур.
Помимо отжига также применяют закалку и старение. Первый вид термообработки выполняется при нагревании до +800…+950 °C и предусматривает быстрое охлаждение в воде или другой среде. В результате обеспечивается фиксация метастабильных фаз. Последующее старение проводится при +450…+600 °C и способствует повышению прочности и твердости. Полученные после обработки материалы можно использовать для деталей с высокими требованиями к износостойкости.
Повысить твердость и коррозионную стойкость помогает химико-термическая обработка. Поверхность заготовок и деталей из титана насыщают азотом, а затем выдерживают в течение 10-50 часов. Процесс осуществляется при температуре +850…+950 °C.
Особенности термообработки и оборудования
Разные варианты отжига титана и сплавов, закалку и старение требуется проводить с точным контролем показателей температуры нагрева, скорости охлаждения и атмосферы. Для создания нужных условий при тепловом воздействии применяют вакуумные печи, которые функционируют за счет откачивания воздуха и других газов. Оборудование обеспечивает равномерное нагревание во время термообработки, снижает вероятность загрязнений и окисления, не допускает реакций титана с азотом, кислородом и водородом. После обработки получают следующие результаты:
- структура становится более однородной и мелкодисперсной;
- улучшаются механические свойства материала;
- снимаются внутренние напряжения;
- удаляется водород и уменьшается склонность к хрупкости;
- увеличивается стойкость к коррозии.
Кроме вакуумных печей создать инертную атмосферу в процессе термической обработки можно с помощью систем аргоновой защиты. Они препятствуют контакту материала с кислородом и не допускают образования оксидных слоев на поверхности и могут сочетаться с разными устройствами для нагрева. Аргоновая или вакуумная защита исключают вероятность возгорания, а постоянный контроль гарантирует безопасность проведения процесса.
Комментарии к статье
Пока нет комментариев. Будьте первым!