Цветные металлы и сплавы (стр. 8 )

Старение при 20 ° С (естественное) сплавов АК6 и АК8 обеспечивает высокую пластичность и сопротивление коррозионному растрескиванию при пониженных прочностных свойствах по сравнению с искусственным старением. Режим Т1 применяют для получения высокой прочности и удовлетворительной пластичности. Для сплава АК6 допускается применение сокращенного режима Т1: 170–175 ° С, 3 ч. Режим Т2 обеспечивает высокое сопротивление коррозионному растрескиванию при некотором снижении механических свойств по сравнению с режимом Т1 и применяется для деталей из сплавов АК6 (АК6ч) и АК8, испытывающих постояннодействующие растягивающие напряжения, в частности от постановки болтов или втулок с натягом.

Типичные механические свойства поковок, штамповок и полуфабрикатов из сплавов приведены в табл. 16.19 и 16.20.

Технологические свойства. Сплавы АК6 и АК8 имеют высокие технологические свойства при непрерывном литье, горячей обработке давлением (свободной ковке, штамповке, прессовании). Сплавы хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. Температурный интервал горячей деформации составляет 420–470 ° С.

Сплав АК6 может успешно деформироваться и в более высоком температурном интервале. Деформация сплава при 505–525 ° С с непосредственной закалкой в воде и последующее старение (ВТМО) приводят к некоторому повышению прочности и является перспективным технологическим процессом.

Таблица 16.19

Гарантируемые механические свойства при растяжении
(не менее) полуфабрикатов из сплавов АК6, АК6ч

Характеристика

Пруток прессованный

Труба прессованная

Штамповка

Поковка

Диаметр или толщина, мм

10 £ d £ 28

28 £ d £ 54

54 £ d £ 300

стенка

–

–

–

s £ 5

s > 5

Масса, кг

–

–

–

–

До 350

До 1500

До 200

Состояние

Т1

Т

Т1

Т1

Т1

Т

Направление вырезки образца

Д

Д

Д

П

В

Д

П

В

Д

s в, МПа

375

390

430

285

315

355

380

365

345

365

345

335

325

s 0,2, МПа

265

275

325

–

–

–

275

245

–

–

–

–

155

d, %

10

10

10

8

10

10

10

7

5

8

6

4

16

Таблица 16.20

Гарантируемые механические характеристики при растяжении
(не менее) полуфабрикатов из сплава АК8

Характеристика	Пруток прессованный	Штамповка	Поковка
Диаметр, мм	10–28	св. 28–150	св. 150–250	св. 250–300	–	–
Масса, кг	–	–	–	–	до 200	до 2000	до 750	св. 750–2000
Состояние	Т1	Т1	Т	Т1	Т
Направление вырезки образца	Д	Д	П	В	Д	П	В	Д	П	В	Д	П	В	Д	П	В
s в, МПа	460	460	460	460	410 (430)	390	355	380	365	345	380 (410)	355	335	380	365	325	375	355	325
s 0,2, МПа	335	365	345	335	295 (315)	–	–	245	235	–	–	–	–	245	–	–	235	–	–
d 5, %	8	8	8	8	8 (10)	6	3(4)	11	8	6	6 (8)	4	2 (3)	10	8	4	8	7	4

Примечание. В скобках указаны свойства поковок и штамповок массой до 30 кг.

Все сплавы удовлетворительно свариваются точечной и роликовой сваркой, а сплав АК8 — аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой СвАК5. Прочность сварных соединений составляет 0,6–0,7 от прочности основного металла.

Сплавы хорошо обрабатываются резанием.

Сплавы АК6 (АК6ч) и АК8 обладают пониженной коррозионной стойкостью. Сопротивление коррозионному растрескиванию s кр сплава АК6 в состоянии Т1 в условиях заданной деформации при переменном погружении в 3 %-ный раствор NaCl составляет в направлении по толщине листа (В) 120 МПа, в поперечном (П) — 150 МПа, в продольном (Д) — 200 МПа. При перестаривании эти показатели повышаются.

Технологические и эксплуатационные нагревы не приводят к ухудшению коррозионной стойкости сплавов. Защита от коррозии в зависимости от назначения деталей осуществляется анодно-оксидными химическими и лакокрасочными покрытиями.

Применение. Сплав АК8 вошел в международные стандарты под маркой 2014. Он особенно широко применяется за рубежом, причем не только в виде кованых, но и катаных, и прессованных полуфабрикатов.

Сплав АК6 — высокотехнологичный оригинальный российский ковочный сплав средней прочности с хорошими характеристиками вязкости и пластичности. Из него изготовляют стыкующие детали планера пассажирских самолетов длительного ресурса. Отечественные авиастроители на основании продолжительного опыта отдают предпочтение этому сплаву для применения в сложных штампованных деталях, требующих повышенной выносливости.

Сплавы АК6 и АК8 используются для ответственных силовых деталей авиационной техники, в частности в крыльях пассажирских самолетов.

Сплав АК6 применяют для изготовления сложных штамповок: крыльчаток компрессора, крыльчаток вентилятора для компрессоров реактивных двигателей, корпусных деталей агрегатов.

Кроме того эти сплавы широко используют в строительстве, транспорте, электротехнике и других отраслях промышленности.

17. ТИТАНЫ И ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ

()

ТИТАН

Титан широко распространен в земной коре, где его содержится около 6 %, а по распространенности он занимает четвертое место после алю-миния, железа и магния. Однако промышленный способ его извлечения был разработан лишь в 40-х годах ХХ века. Благодаря прогрессу в области самолето - и ракетостроения производство титана и его сплавов интенсивно развивалось. Это объясняется сочетанием таких ценных свойств титана, как малая плотность, высокая удельная прочность (s в/r  ×  g), коррозионная стойкость, технологичность при обработке давлением и свариваемость, хладостойкость, немагнитность и ряд других ценных физико-механических характеристик, приведенных ниже.

Характеристики физико-механических свойств титана (ВТ1-00)

Плотность r, кг/м3	4,5 × 10–3
Температура плавления Тпл, ° С	1668± 4
Коэффициент линейного расширения a ×  10–6, град–1	8,9
Теплопроводность l, Вт/(м × град)	16,76
Предел прочности при растяжении s в, МПа	300–450
Условный предел текучести s 0,2, МПа	250–380
Удельная прочность (s в/r × g)× 10–3, км	7–10
Относительное удлинение d, %	25–30
Относительное сужение Y, %	50–60
Модуль нормальной упругости Е´ 10–3, МПа	110,25
Модуль сдвига G´ 10–3, МПа	41
Коэффициент Пуассона m,	0,32
Твердость НВ	103
Ударная вязкость KCU, Дж/см2	120

Титан имеет две полиморфные модификации: a - титана с гексагональной плотноупакованной решеткой с периодами а = 0,296 нм, с = 0,472 нм и высокотемпературную модификацию b - титана с кубической объемно-центрированной решеткой с периодом а = 0,332 нм при 900 ° С. Температура полиморфного a « b - превращения составляет 882 ° С.

Механические свойства титана существенно зависят от содержания примесей в металле. Различают примеси внедрения — кислород, азот, углерод, водород и примеси замещения, к которым относятся железо и кремний. Хотя примеси повышают прочность, но одновременно резко снижают пластичность, причем наиболее сильное отрицательное действие оказывают примеси внедрения, особенно газы. При введении всего лишь 0,003 % Н, 0,02 % N или 0,7 % О титан полностью теряет способность к пластическому деформированию и хрупко разрушается.

Особенно вреден водород, вызывающий водородную хрупкость титановых сплавов. Водород попадает в металл при плавке и последующей обработке, в частности при травлении полуфабрикатов. Водород малорастворим в a - титане и образует пластинчатые частицы гидрида, снижающего ударную вязкость и особенно отрицательно проявляющегося в испытаниях на замедленное разрушение.

Поэтому содержание примесей, особенно газов, в титане и титановых сплавах (табл. 17.1, 17.2) строго ограничено.

Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хлорировании титановой руды с последующим его восстановлением из четыреххлористого титана металлическим магнием (магнийтермический метод). Полученный этим методом титан губчатый (ГОСТ 17746–79) в зависимости от химического состава и механических свойств выпускают следующих марок:
ТГ-90, ТГ-100, ТГ-110, ТГ-120, ТГ-130, ТГ-150, ТГ-ТВ (см. табл. 17.1). Цифры означают твердость по Бринеллю НВ, ТВ — твердый.

Для получения монолитного титана губка размалывается в порошок, прессуется и спекается или переплавляется в дуговых печах в вакууме или атмосфере инертных газов.

Механические свойства титана характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Например, технически чистый титан марки ВТ1-0 имеет: s в = 375–540 МПа, s 0,2 = 295–410 МПа, d ³ 20 %, и по этим характеристикам не уступает ряду углеродистых и Cr—Ni коррозионностойких сталей.

Высокая пластичность титана по сравнению с другими металлами, имеющими ГПУ - решетку (Zn, Mg, Cd), объясняется большим количеством систем скольжения и двойникования благодаря малому сотношению с/а = 1,587. По-видимому, с этим связана высокая хладостойкость титана и его сплавов (подробнее см. гл. 13).

При повышении температуры до 250 ° С прочность титана снижается почти в 2 раза. Однако жаропрочные Ti-сплавы по удельной прочности в интервале температур 300–600 ° С не имеют себе равных; при температурах выше 600 ° С сплавы титана уступают сплавам на основе железа и никеля.

Титан имеет низкий модуль нормальной упругости (Е = 110,25 ГПа) — почти в 2 раза меньше, чем у железа и никеля, что затрудняет изготовление жестких конструкций.

Титан относится к числу химически активных металлов, однако он обладает высокой коррозионной стойкостью, так как на его поверхности образуется стойкая пассивная пленка TiO2, прочно связанная с основным металлом и исключающая его непосредственный контакт с коррозионной средой. Толщина этой пленки обычно достигает 5–6 нм.

Благодаря оксидной пленке, титан и его сплавы не корродируют в атмосфере, в пресной и морской воде, устойчивы против кавитационной коррозии и коррозии под напряжением, а также в кислотах органического происхождения.

Производство изделий из титана и его сплавов имеет ряд технологических особенностей. Из-за высокой химической активности расплавленного титана его плавку, разливку и дуговую сварку производят в вакууме или в атмосфере инертных газов.

При технологических и эксплуатационных нагревах, особенно выше 550–600 ° С, необходимо принимать меры для защиты титана от окисления и газонасыщения (альфированный слой) (см. гл. 3).

Титан хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и удовлетворительно в холодном. Он легко прокатывается, куется, штампуется. Титан и его сплавы хорошо свариваются контактной и аргонодуговой сваркой, обеспечивая высокую прочность и пластичность сварного соединения. Недостатком титана является плохая обрабатываемость резанием из-за склонности к налипанию, низкой теплопроводности и плохих антифрикционных свойств.

Основной целью легирования титановых сплавов является повышение прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости. Широкое применение нашли сплавы титана с алюминием, хромом, молибденом, ванадием, марганцем, оловом и др. элементами. Легирующие элементы оказывают большое влияние на полиморфные превращения титана.

Таблица 17.1

Марки, химический состав (%) и твердость титана губчатого (ГОСТ 17746–79)

Марка	Ti, не менее	Не более	Твердость НВ, 10/1500/30, не более
Fe	Si	Ni	C	Cl	N	O
ТГ-90	99,74	0,05	0,01	0,04	0,02	0,08	0,02	0,04	90
ТГ-100	99,72	0,06	0,01	0,04	0,03	0,08	0,02	0,04	100
ТГ-110	99,67	0,09	0,02	0,04	0,03	0,08	0,02	0,05	110
ТГ-120	99,64	0,11	0,02	0,04	0,03	0,08	0,02	0,06	120
ТГ-130	99,56	0,13	0,03	0,04	0,03	0,10	0,03	0,08	130
ТГ-150	99,45	0,2	0,03	0,04	0,03	0,12	0,03	0,10	150
ТГ-Тв	99,75	1,9	–	–	0,10	0,15	0,10	–	–

Таблица 17.2