B A M Q ? G B F B D J H K L J M K < H C K L < L B L : G H ...склонности титана и...
Transcript of B A M Q ? G B F B D J H K L J M K < H C K L < L B L : G H ...склонности титана и...
Министерство образования и науки Российской федерации
Калужский филиал
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего
образования
«Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
(национальный исследовательский университет)»
Н.С. Герасимова
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И
СВОЙСТВ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Методические указания к лабораторной работе
по дисциплине «Специальные главы материаловедения»
Калуга, 2018 г.
2
3
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
СОДЕРЖАНИЕ............................................................................................. 3 ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 4 1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИЗУЧЕНИЯ,
ИССЛЕДОВАНИЯ ....................................................................................... 5 1.1.КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ .................................... 5 1.2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТИТАНА С ЛЕГИРУЮЩИМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ И ПРИМЕСЯМИ.......................................................... 6 1.3. СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ ....................... 10 1.4. МАРКИРОВКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ................................. 12
2. СВОЙСТВА ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ .......................................... 13 3. КЛАССИФИКАЦИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ............................... 14 4. ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ..................... 23 5. ТЕРМООБРАБОТКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ .............................. 26
5.1. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК (ДЕТАЛЕЙ) α -
ТИТАНА .................................................................................................. 27 6. ОСНОВНЫЕ СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ
...................................................................................................................... 30 7. ЗАДАЧИ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ............................ 31 7. СХЕМА И ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ .............. 32 8. ФОРМА ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ........................... 34 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ....................................................... 34 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ..................................... 35
4
ВВЕДЕНИЕ
Титан серебристо-белый легкий металлшироко распространен в
земной коре, где его содержится около 6 %, а по распространенности
он занимает четвертое место после алюминия, железа и магния.
Однако промышленный способ его извлечения был разработан
лишь в 40-х годах ХХ века.
Важнейшими преимуществами титановых сплавов перед другими
конструкционными материалами являются их высокие удельная проч-
ность и жаропрочность в сочетании с высокой коррозионной стойко-
стью. Кроме того, титан и его сплавы хорошо свариваются, парамаг-
нитны и обладают некоторыми другими свойствами, имеющими важ-
ное значение в ряде отраслей техники. Перечисленные качества тита-
новых сплавов открывают большие перспективы их применения в тех
областях машиностроения, где требуются высокая удельная прочность
и жаропрочность в сочетании с высокой коррозионной стойкостью. Это
относится, в первую очередь, к таким отраслям техники как авиастрое-
ние, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспорт-
ное машиностроение.
Касаясь некоторых специфических свойств титана, можно отме-
тить, что он представляет большой интерес как конструкционный ма-
териал для космических кораблей.
.
5
Цель: формирование практических навыков изучения структуры,
свойств и применения титана и титановых сплавов.
1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИЗУЧЕНИЯ,
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1.КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Титан - символ Ti ; порядковый номер 22; атомный вес 47,90;
плотность 3г
см4,51 ; плT 1668 С ; кипT 3280 С ;твердость в отожжен-
ном состоянии 71,5 НВ.
Известны две аллотропические модификации титана. Низкотем-
пературная ГПУ α -модификация существует до 882,5 С , выше этой
температуры β -титан имеет ОЦК решетку. При переходе α β и при
плавлении удельный объем металла несколько уменьшается. Чистей-
ший иодидный титан обладает высокими пластическими свойствами
при сравнительно низкой прочности (при 20 С вσ 200 250 МПа ,
0,2σ 100 150 МПа , δ 50 60 % , ψ 70 80 %).
Титан - химически активный металл. В то же время во многих аг-
рессивных средах он обладает исключительно высоким сопротивлени-
ем коррозии, в большинстве случаев превышающим коррозионную
стойкость нержавеющих сталей. Это объясняется образованием на по-
верхности металла плотной защитной пленки 2TiO . Титан стоек в тех
средах, которые не разрушают защитную окисную пленку. Титан отли-
чается чрезвычайно высокой стойкостью в морской воде. Его коррози-
онную стойкость можно значительно повысить легированием. Титан
склонен к коррозии под напряжением в присутствии хлористого натрия
и других галоидов: он растрескивается при небольших напряжениях в
интервале температур 215 550 С . Это явление получило название
солевой коррозии. Коррозии способствуют наличие острых надрезов и,
особенно, усталостных трещин.
При достаточно высоких температурах титан активно взаимо-
действует с газами 2 2 3H, N, O , CO , NH и др. , а в расплавленном со-
стоянии со всеми известными огнеупорными материалами. При срав-
нительно низких температурах титан абсорбирует чрезвычайно боль-
6
шие количества водорода (в десятки тысяч раз большие, чем железо и
алюминий). Основной источник наводораживания - пары воды, кото-
рые разлагаются при взаимодействии с титаном.
Титанхорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и
удовлетворительно в холодном. Он легко прокатывается, куется, штам-
пуется. Титани его сплавы хорошо свариваются контактной и аргоно-
дуговой сваркой, обеспечивая высокую прочность и пластичность
сварного соединения.
1.2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТИТАНА С ЛЕГИРУЮЩИМИ
ЭЛЕМЕНТАМИ И ПРИМЕСЯМИ
В соответствии с правилами Юм-Розери титан образует непре-
рывные твердые растворы с α - и β -модификациями циркония и гаф-
ния, а β -модификация титана – с ванадием, ниобием, танталом,
хромом, молибденом и вольфрамом. С.Г. Глазунов разделил все леги-
рующие элементы, в зависимости от влияния на полиморфизм титана,
на три группы.Для металловедения титана наибольшее значение имеет
низкотемпературная часть диаграмм состояния, поскольку характер
нонвариантных реакций с участием жидкости оказывает малое влияние
на структуру и свойства титановых сплавов.
1. α -стабилизаторы - элементы (из металлов - Al , Ga , In ; из
неметаллов - C , N , O ), стабилизирующие α -фазу, т.е. повышающие
температуру полиморфного превращения титана (рис.1,а).Особый ин-
терес представляет галлий для жаропрочных титановых сплавов благо-
даря высокой растворимости в α-Ti . Как известно повышение жаро-
прочности сплавов системы Ti Al (рис.2.) ограничено пределом 7-8 %
вследствие образования хрупкой фазы.
Из стабилизаторов α -фазы Al является единственной легирую-
щей добавкой, которая, увеличивая прочность сплава, не снижает резко
пластичности сплава. Все остальные стабилизаторы — кислород, азот и
углерод — даже в небольших количествах приводят к резкому повы-
шению прочности и снижению пластичности титана. Двойные сплавы
титана с алюминием содержат до 7% Al , сплавы, содержащие Al бо-
лее 7%, обладают горячеломкостью при температурах свыше 850 C .
Al добавляется также в тройные сплавы титана, так как его присутст-
вие в сплаве улучшает свариваемость.
7
Преимущество титановых сплавов с α -структурой – в высокой
термической стабильности, хорошей свариваемости и высоком сопро-
тивлении окислению. Однако сплавы типа α чувствительны к водо-
родной хрупкости (вследствие малой растворимости водорода в α-Ti ) и
не поддаются упрочнению термической обработкой. Высокая проч-
ность, полученная за счет легирования, сопровождается низкой техно-
логической пластичностью этих сплавов, что вызывает ряд трудностей
в промышленном производстве.
Т, С
β
α
α+β
а)
Al; O; N, %Т, С
β
α
α+β
в)
Сr; Mn; Fe; Ni; Si; Cu; W, %
β+TiX
α+TiX
Т, С
β
α α+βб)
V; Nb; Mo; Ta; Re, %Т, С
β
α
α+β
г)
Sn; Zr; Hf, %
Рис. 1. Диаграммы состояний систем « Ti -легирующий элемент»
(схемы): а) « Ti-α -стабилизаторы»; б) « Ti -изоморфные β -
стабилизаторы»; в) « Ti -эвтектоидообразующиеβ -стабилизаторы»; г)
« Ti -нейтральные элементы»
2. β -стабилизаторы – элементы, понижающие температуру по-
лиморфного превращения и расширяющие область существования β -
8
модификации. Все β -стабилизирующие элементы можно разделить на
три подгруппы:
- элементы, ограниченно растворимые как в β -, так и в α -
модификациях титана и при содержании сверх предела растворимости,
образующие с титаном интерметаллидные соединения. При охлажде-
нии из β -области распад β -твердого раствора на α -твердый раствор и
интерметаллид происходит по эвтектоидной реакции (рис.1,б), в связи с
чем элементы такого типа получили название эвтектоидообразующихβ
-стабилизаторов. К ним относятся Сr , Mn , Fe , Ni , Сo , Si , Сu .
- элементы, изоморфные β -модификации титана, образующие с
ней непрерывный ряд твердых растворов и ограничено растворяющие-
ся в α -модификации: Ta , Nb , V , Mo . При их достаточно высокой
концентрации β -структура сохраняется до комнатных температур
(рис.1,в). К этой же подгруппе следует отнести и вольфрам, хотя он и
дает с титаном монотектоидное превращение; в этой системе β-Ti и W
образуют непрерывные твердые растворы, а α -фаза при всех темпера-
турах находится в равновесии с β -фазой (рис.1,г). Элементы этой под-
группы называют изоморфными β -стабилизаторами;
- элементы, стабилизирующие равновесную β -фазу при комнат-
ной температуре, но не образующие непрерывных β -твердых раство-
ров из-за отсутствия изоморфности в кристаллическом строении β-Ti и
легирующего элемента (хотя критерии непрерывной растворимости,
связанные с объемным и температурным факторами выполняются). К
элементам этой подгруппы относятся Re , Ru , Rh , Os , Ir , которые
можно назвать изоморфными квази-β -стабилизаторами.
Легирование титана железом, марганцем, хромом, молибденом
снижает температуру превращения α фазы в β -фазу и делает возмож-
ным существование β -фазы при низких температурах. Однако сплавы
β -титана не нашли промышленного применения; все современные
промышленные сплавы титана имеют смешанную структуру α - и β -
фаз.
3. «Нейтральные»упрочнители - элементы, мало влияющие на
температуру полиморфного превращения титана. К таким элементам
относятся Sn , Zr , Ge , Hf , Th .
9
Азот и кислород в области малых концентраций, являясь в титане
примесями внедрения, сильно упрочняют титан, при этом азот оказы-
вается более сильным упрочнителем, чем кислород. Пластичность ти-
тана при легировании азотом и кислородом сильно падает.
Углерод меньше влияет на свойства титана, чем азот и кислород.
Если концентрация углерода превышает предел растворимости, то пла-
стичность титана сильно снижается из-за выделения карбида TiC .
Водород - весьма вредная примесь в титане и его сплавах, он
резко снижает ударную вязкость даже при очень небольших его кон-
центрациях из-за выделения гидридов 2TiH . Водород сравнительно
мало влияет на механические свойства металлов при испытаниях на
разрыв со стандартными скоростями деформации.
Титановые сплавы с небольшим количеством β -фазы (2–5 %)
наиболее склонны к водородной хрупкости. Это связано с тем, что
водород в (α + β)-сплавах концентрируется в β -фазе.
Алюминий увеличивает растворимость водорода в α -фазе и за-
трудняет образование гидридной фазы, поэтому увеличение содер-
жания алюминия в α -титановых сплавах – эффективный способ
уменьшения их склонности к водородной хрупкости. Так, гидридная
хрупкость в чистом титане развивается при содержании водорода бо-
лее 0,01 %, а в сплаве ВТ5 (Тi + 5 % А1) – более 0,035 % (по массе).
Растворимость водорода в β -фазе значительно больше, чем в α-
фазе, и поэтому титановые сплавы с β - или с α+β -структурой с
достаточно большим количеством β -фазы мало склонны к водородной
хрупкости. Водородная хрупкость сплавов этого типа начинает разви-
ваться еще до появления видимых выделений гидридов, что обу-
словлено охрупчиваниемβ -фазы растворенным в ней водородом. Эта
хрупкость аналогична хладноломкости, вызванной такими примесями
внедрения, как кислород, азот, и связана с тем, что атомы водорода
блокируют источники дислокаций во вторичных плоскостях скольже-
ния и уменьшают скорость движения генерированных ими дислокаций.
Последующее выделение гидридов вызывает гидридную хрупкость, что
переводит металл в полностью хрупкое состояние.
Водородная хрупкость в титановых сплавах в наиболее опас-
ной форме проявляется при замедленном разрушении, под которым
понимают зарождение и развитие в металле, находящемся под посто-
янным или мало изменяющимся по величине напряжением, трещин,
10
ведущих в конечном итоге к разрушению образца или изделия. О
склонности титана и его сплавов к водородной хрупкости обычно судят
по результатам испытаний на ударную вязкость и замедленное разру-
шение.
Железо образует с α - и β -титаном твердые растворы замещения
и стабилизирует β -фазу. Максимальная растворимость железа в -
титане составляет менее 0,2 % и уменьшается с понижением темпера-
туры, так что при 500 C она становиться меньше 0,01 %. Железо зна-
чительно меньше влияет на механические свойства титана, чем приме-
си внедрения.
В системе Ti-Si образуется несколько силицидов, из которых са-
мый близкий по составу к титану 5 3Ti Si . На механические свойства
титана кремний влияет примерно так же, как и железо; Si повышает
сопротивление ползучести и увеличивает прочность при всех темпера-
турах. При малых концентрациях железо и кремний почти не влияют на
пластичность титана.
1.3. СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ
Интерметаллиды — сплав двух металлов, один из которых ти-
тан.
Жаропрочные сплавы на основе интерметаллидов системы
Ti Al .Диаграмма состояния Ti Al представлена на рис. 2.
В системе Ti Al со стороны титана образуются интерметалли-
ды 3Ti Al 2α фаза и TiAl γ фаза , обладающие значительными об-
ластями гомогенности. В 1961 г. С.Г. Глазунов и Ю.Ф. Алтунин обра-
тили внимание на то, что алюминиды титана 3Ti Al и TiAl могут быть
полезными конструкционными материалами, так как обладают малой
плотностью, высокой жаропрочностью и жаростойкостью, хорошими
литейными свойствами. Однако, реализация этой идеи затянулась на
несколько десятилетий из-за присущих этим интерметаллидам низкой
пластичности и технологичности.
Исследования показали, что уровень механических свойств неле-
гированных интерметаллических соединений (ИС) 3Ti Al и TiAl
11
Т, С
α
α β
Al, %Al10 20 30 40Ti
600
800
1000
1200
1400
1600
β
2α
2α+α
2α γ 1γ + γ
γ
β + γ
3Ti Al
2α β
1080
1250
11,6
Ж
+ γЖ
+ βЖ
Рис.2. Диаграмма состояния Ti Al
весьма низкий. Кроме того, нелегированные ИС 3Ti Al и TiAl имеют-
ряд особенностей таких, как ограниченную технологичность, прояв-
ляющуюся в высокой зависимости прочности и пластичности от темпе-
ратуры, величины и скорости деформации, повышенную чувствитель-
ность к поверхностным дефектам.
Сплавы титана с алюминием наиболее важны в техническом и
промышленном отношении. Внедрение алюминия в технический ти-
тан даже в небольших количествах (до 13%) позволяет резко повы-
шать жаропрочность сплава при снижении его плотности и стоимо-
сти. Этот сплав - отличный конструкционный материал. Добавка 3-
8% алюминия повышает температуру превращения α -титана в β -
титан. Алюминий является практически единственным легирующим
стабилизатором α -титана, увеличивающим его прочность при посто-
янстве свойств пластичности и вязкости титанового сплава и повы-
шении его жаропрочности, сопротивления ползучести и модуля упру-
гости. Этим устраняется существенный недостаток титана.
Помимо улучшения механических свойств сплавов при различ-
ных температурах, увеличивается их коррозионная стойкость и взры-
воопасность при работе деталей из титановых сплавов в азотной ки-
слоте.
12
Алюминий-титановые сплавы выпускаются нескольких марок и
содержат 3-8% алюминия, 0,4-0,9% хрома, 0,25-0,6% железа, 0,25-
0,6% кремния, 0,01% бора. Все они коррозионно-стойкие, высоко-
прочные и жаропрочные сплавы на основе титана. С увеличением со-
держания алюминия в сплавах температура их плавления несколько
снижается, однако механические свойства значительно улучшаются и
температура разупрочнения повышается.
Эти сплавы сохраняют высокую прочность до 600 C .
Алюминий повышает удельную прочность сплава, жаропроч-
ность, модуль упругости, уменьшает склонность к водородной хрупко-
сти. Содержание алюминия в титановых сплавах ограничено до 7 % из-
за уменьшения технологической пластичности.
1.4. МАРКИРОВКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Маркировка титана в российской трактовке в большинстве слу-
чаев представляет собой букву «Т», указывающую на основной эле-
мент и буквенные символы, идентифицирующие производителя.
Исторически сложилась система маркировки титановых сплавов,
отражающая наименование организации-разработчика и порядковый
номер разработки сплава.
Марка ВТозначает «ВИАМ титан», затем следует порядковый
номер сплава ((ВИАМ) изготовленных на базе Всероссийского инсти-
тута авиационных материалов).
Марка ОТозначает «Опытный титан» - сплавы, разработанные
совместно ВИАМом и заводом ВСМПО (г. Верхняя Салда, Свердлов-
ской области).
Марка ПТозначает «Прометей титан» - разработчик ЦНИИ КМ
(«Прометей», г. Санкт-Петербург.)
Если после порядкового номера сплава стоит букваС или через
тире ноль или единица, то это указывает, что сплав модернизирован,
изменен по химическому составу.
Иногда в марку сплава добавляют буквы:
«У» - улучшенный,
«М» - модифицированный,
«И» - специального назначения.
«Л» означает литейный сплав,
13
«В» - сплав, где марганец заменен эквивалентным количеством
ванадия.
Технический титан может маркироваться одной буквой «Т» с по-
следующим указанием чистоты сплава в цифрах, причём меньше по
величине число указывает на более очищенный сплав. Например, один
из самых качественных титанов считается титан ВТ1-00, количество
примесей в котором не превышает 0,1%, а чистого титана содержится
99,9%.
К сожалению, в иных случаях цифры в маркировке титановых
сплавов не отражают количественных пропорций легирующих эле-
ментов или чистоты состава, как это принято в большинстве случаев
идентификации сложнолегированных цветных металлов. Поэтому
существуют специальные таблицы, указывающие на содержание того
или иного элемента в титановом сплаве определённой маркировки.
2. СВОЙСТВА ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ
Титан и его сплавы обладают специфическими свойствами, кото-
рые отвечают предъявленным требованиям к конструкционным мате-
риалам и дают преимущества перед многими традиционными материа-
лами:
практически абсолютная стойкость во многих коррозионных
средах;
низкий по сравнению со сталью удельный вес;
высокая удельная прочность;
хорошая свариваемость титана;
сопротивляемость мало – и многоцикловым нагрузкам;
отсутствие хладноломкости;
немагнитность;
радиационная стойкость.
Сочетание таких характеристик в настоящее время позволяет су-
дить о титане и его сплавах, как о наиболее перспективном материале
во многих областях техники. Титановые сплавы для судостроения на-
чались разрабатываться параллельно с освоением и становлением тита-
новой промышленности. В ходе этого процесса расширялись представ-
ления и углублялись научные знания о титане, как о новом конструк-
ционном материале.
14
Если для одной и той же конструкции используется сталь и ти-
тан - объём материала будет одинаков, а вес конструкций из титана бу-
дет в 1,7 раза легче стальной.
При этом надо учитывать, что в расчёт прочности конструкции
входят нагрузки от веса самой конструкции. Поэтому масса уменьша-
ется ещё в 1,2 раза. Коррозионная стойкость в агрессивных средах по-
зволяет уменьшить толщины листов, профилей, труб. Это также позво-
ляет уменьшить массу примерно в 1,5 раз.
Таким образом, масса титановой конструкции по сравнению со
стальной уменьшается в 3 раза. За счёт высокой коррозионной стойко-
сти и длительной безремонтной службы расходы на эксплуатацию (в
основном ремонт) сокращается не менее чем в 1,8 раза.
Изготовление энергетического оборудования с применением ти-
тановых сплавов по сравнению со сталью, позволит:
снизить массу за счёт удельного веса в 1,7 раза;
снизить массу за счёт уменьшения толщины стенки в 1,5 раза;
снизить массу за счёт уменьшения диаметра трубы в 1,4 раза;
снизить эксплуатационных расходов в 1,8 раза.
Механические свойства полуфабрикатов из титановых сплавов
представлены в табл.1.
Уникальность титановых сплавов состоит в их особых свойствах
(табл. 2).
3. КЛАССИФИКАЦИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
В зависимости от формы структурных составляющих все наблю-
даемые разновидности структур в титановых сплавах (рис. 3) можно
отнести к одному из четырех типов:
− пластинчатая, превращенная β -структура, которая получается
при малых скоростях охлаждения из β -области; в структуре присутст-
вует бывшее β -зерно, в котором расположены α -колонии (рис. 3, а);
− смешанная, или дуплексная, структура, которая получается при
нагреве в α+β -область и последующем медленном охлаждении;
структура состоит из первичной α -фазы и β -превращенной матрицы
(рис. 3, б);
15
Таблица 1
Механические свойства полуфабрикатов из титановых сплавов
Марка сплава
Вид полу- фабриката
в МПа
0,2 МПа
, %
, %
KCU КДж/м
2
не менее
при температуре 20 C
ВТ1-
00
Листы 295 - 30 - -
Прутки
катаные 265-295 - 20 40-50 600-1000
Трубы 295-440 - 20 - -
ВТ1-0
Листы 370 - 20-30 - -
Прутки 345 - 15 36-40 500-700
Трубы 390-590 - 15 - -
ПТ-1М Трубы 343-570 245-
265 22 45 785
ПТ-7М Трубы 471-667 373 18-20 36 785
Проволока 440-635 - 16-20 - -
ПТ-3В
Листы 638-883 589 9-18 15-25 687
Прутки
катаные 638-854 589 11 26 687
5В 13 24 139
37 10,8 23,8 148
16
Таблица 2
Особые свойства титановых сплавов
Свойства Характеристика
Служебные
свойства
Высокая кратковременная и длительная прочность,
пластичность при температурах до 400 C
Высокая радиационная стойкость при температуре
250-400 C
Высокая коррозионная стойкость в воде и паре при
температурах до 400 C в условиях ядерного облучения
Малая склонность к радиационному распуханию
Отсутствие хладноломкости в исходном и облученном
состояниях
Отсутствие коррозионно-механических разрушений
Малая активируемость и уникально быстрый спад на-
ведённой радиоактивности
Технологические
свойства
Производство необходимых полуфабрикатов и деталей
конструкций
Хорошую свариваемость в различных толщинах
Возможность выполнения антикоррозионных и анти-
фрикционных покрытий
− структура «корзиночного плетения», которая образуется при
деформации вблизи температуры 3AC или при комбинированной де-
формации, когда она начинается в β -, а заканчивается в α+β -области
(рис. 3, в);
17
− равноосная, или глобулярная, структура, которая формируется
придеформации в α+β -области с последующим рекристаллизацион-
ным отжигом при температурах ниже β -области (рис. 3, г);
Титановые сплавы по структуре, которая формируется по приня-
тым в промышленности режимам термической обработки, можно раз-
делить так:
− на α -сплавы, структура которых представлена α -фазой;
− псевдо- α -сплавы, структура которых представлена в
основномα-фазой и небольшим количеством β -фазы (не более 5 %);
− α+β -сплавы, структура которых представлена в основном α –
иβ-фазами;
− псевдо-β -сплавы, структура которых в отожженном состоянии
представлена α -фазой и небольшим количеством β -фазы, в этих спла-
вах закалкой или нормализацией можно легко получить однофазную β-
структуру;
− β -сплавы, структура которых представлена термодинамически
стабильной β -фазой;
-сплавы на основе интерметаллидов.
По способности упрочняться при термообработке на: упроч-
няемые и не упрочняемые.
По механическим свойствам на: сплавы повышенной пластич-
ности, нормальной прочности, высокопрочные и жаропрочные.
По технологии изготовления деталей на:деформируемые и ли-
тейные.
Практически все титановые сплавы содержат в своем составе
алюминий, который не только делает их более легкими, но также более
прочными, жесткими, менее склонными к водородной хрупкости.
Сплавы титана, содержащие только алюминий (ОТ4, ВТ5) или алюми-
ний с небольшими добавками β -стабилизаторов и нейтральныхупроч-
нителей (ВТ4, ВТ18, ВТ20), относятся к группе α , - сплавов, т.к. после
отжига имеют структуру твердого раствора замещения легирующих
элементов в α - - титане. Эти сплавы высокопластичны в горячем со-
стоянии, хорошо куются, прокатываются, штампуются, свариваются.
Они термически-не упрочняются, поэтому подвергаются только ре кри-
сталлизационному отжигу для снятия наклепа. Сплавы этой группы
18
обладают наиболее высокой жаропрочностью, они могут длительно
работать при температуре 700 С .
Наибольшее применение в машиностроении имеют α+β спла-
вы, в равновесной структуре которых количество β - фазы может коле-
баться в широких пределах от 5 до 50 %, в зависимости от содержания
β -стабилизаторов. Они обладают хорошим сочетанием технологиче-
ских и механических свойств, упрочняются при термической обработ-
ке: закалка + старение. В отожженном, закаленном состояниях эти
сплавы имеют хорошую пластичность, а после старения - высокую
прочность, причем, чем больше в структуре β -фазы, тем сплав прочнее
в отожженном состоянии и сильнее упрочняется при старении.
Однофазные β -сплавы промышленного применения не имеют,
т.к. должны содержать большое количество дорогих дефицитных леги-
рующих элементов β -стабилизаторов, например ванадия, молибдена,
ниобия, тантала.
Микроструктуры титановых высокопрочных сплавов представ-
лены на рис. 4-6. На рис.5. пограничные выделения избыточной α -фазы
в роли матрицы с включениями темной β -фазы в форме зерен, внутри
которых, в свою очередь, светлые пластины (иглы) α -фазы.
19
а) б)
в) г)
Рис. 3. Типичные структуры титановых сплавов: a) – пластинча-
тая (β -превращенная); б) – смешанная (дуплексная); в) –«корзиночного
плетения»; г) – равноосная (глобулярная)
а) б)
Рис. 4. Микроструктуры титанового высокопрочного сплава ВТ5-1
(группа α -сплавов): a) после перегрева, охлаждение с печью с 1050 С -
пластинчатая структура; б) после рекристаллизационного отжига - зер-
на α -раствора и небольшие частицы β -фазы
20
а) б)
Рис. 5. Микроструктуры титанового высокопрочного сплава ВТ3-1
(группа α+β -сплавовмартенситного класса): a) после охлаждения с
температуры двухфазного равновесия (закалки) и отпуска-глобули из-
быточных кристаллов α и пластинчатая структура; б) после закалкии
старения - ориентированные частицы α -фазы, возникшие в результате
распада мартенситной 'α -фазы.
а) б)
Рис. 6. Микроструктуры титанового высокопрочного сплава
ВТ22 (группа псевдо β -сплавов): а) после закалки - зерна равноосные;
б) медленное охлаждение из β области (отжиг). В результате распадаβ -
фазы появились ориентированные пластинки α -фазы
21
Типичные структуры α+β -сплавов и условия их формировани-
япредставлены в табл. 3.
Таблица 3
Общая характеристика механических свойств α+β - титановых
сплавов с различной микроструктурой
Тип структуры Повышение свойств Понижение свойств
Глобулярная
(равноосная)
Прочность, пластичность,
сопротивление зарожде-
нию усталостной трещи-
ны, предел выносливости,
сопротивление малоцик-
ловой усталости.
Вязкость разрушения,
сопротивление росту
усталостных трещин,
ударная вязкость.
Пластинчатая
Вязкость разрушения, со-
противление зарождению
усталостной трещины,
ударная вязкость, сопро-
тивление ползучести,
длительная прочность.
Пластичность, сопро-
тивление зарождению
усталостной трещи-
ны, сопротивление
малоцикловой уста-
лости.
Корзиночного
плетения
Длительная прочность,
предел ползучести, проч-
ность.
Предел выносливо-
сти, пластичность.
Бимодальная
Регулируя параметры бимодальной структуры, в
частности долю первичной α -фазы в β - превра-
щенной пластинчатой матрице, можно полу-
чить широкий комплекс свойств от уровня,
характерного для глобулярного структуры, до
уровня, свойственной пластинчатой структуре.
Титановые сплавы с учётом коэффициента β -стабилизации βk и
формирующейся структуры делятся на пять основных классов (табл. 4).
22
Таблица 4
Классификация титановых сплавов
Группа сплавов Марка
сплава Средний химический состав, %(по
массе)
α - сплавы ВТ1 - 00
ВТ5 ВТ5 - 1
нелегированный титан Ti - 5Al Ti - 5Al - 2,5Sn
Псевдо - α -сплавы
β 0,25k
OT4 - 0 OT4 BT20
Ti - 0,8Al - 0,8Mn Ti - 3,5Al - 1,5Mn Ti - 6,0Al - 2,0Mo - 1V - 1Zr
ПТ1М 7М 3М ТЛ3 ТЛ5
ПТ-3В 5В 37
Ti - 0,5Al Ti - 2,3Al - 2,5Zr Ti - 4,7Al Ti - 3,9Al Ti - 4,7Al - 2,2V Ti - 4,7Al - 2,0V Ti - 5,3Al - 1,5V - 1,0Mo - 0,08C Ti - 5,0Al - 2,2Mo - 0,5Zr - 0,08C
α β - сплавы мар-
тенситного класса
β 0,3 0,9k
ВТ6С ВТ6
ВТ14 ВТ16 ВТ23
Ti - 5Al - 4,0V Ti - 6Al - 4,5V Ti - 4,5Al - 3Mo - 1V Ti - 2,5Al - 5Mo - 5V Ti - 5,5Al - 2Mo - 4,5V - 1Cr - 0,7Fe
α β - сплавы пере-
ходного класса
β 1,0 1,4k
ВТ22 ВТ22И ВТ30
Ti - 5Al - 5Mo - 5V - 1Fe - 1Cr Ti - 2,5Al - 5Mo - 5V - 1Fe - 1Cr Ti - 11Mo - 6Sn - 4Zr
Псевдо - β - сплавы
β 1,5 2,4k
ВТ35 ВТ32 ВТ15
Ti - 3Al - 1,5Mo - 15V - 3Sn - 3Cr Ti - 2,5Al - 8,5Mo - 8,5V - 1,2Fe - 1,2C Ti - 3Al - 7Mo - 11Cr
β -сплавы β 2,5 3,0k 4201 Ti - 33Mo
23
Характеристика промышленных литейных титановых спла-
вов. Наиболее технологичными и распространенными литейными ти-
тановыми сплавами являются α - и псевдо- α -сплавы, которые характе-
ризуются хорошей свариваемостью и малочувствительны к упрочняю-
щей термической обработке. Такое совпадение объясняется сходством
термических циклов сварки плавлением и охлаждения отливки в фор-
ме. В обоих случаях затвердевающий металл (а в случае сварки и зона
термического влияния) проходят широкую полосу различных режимов
охлаждения, которые могут вызвать охрупчивание, если сплав чувстви-
телен к закалке и старению. Кроме того, термически упрочняемые
двухфазные сплавы содержат повышенное количество β -
стабилизаторов, расширяющих интервал кристаллизации, что ухудшает
литейные свойства.
4. ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
При всех видах сварки образуется участок основного металла,
прилегающий к шву, подвергающийся тепловому воздействию источ-
ника сварочного нагрева и претерпевающий в связи с этим структурные
превращения, состоящий из ОШЗ (околошовной зоны), где температура
нагрева достигает температуры плавления и следующей за ней зоны
термического влияния (ЗТВ).
По мере удаления от шва максимальные температуры нагрева
maxt снижаются. После достижения maxt в любой точке зоны термиче-
ского влияния происходит охлаждение в основном за счет теплоотвода
в более холодный металл. Скорость нагрева нω и охлаждения оω каж-
дого участка ЗТВ зависит от величины maxt . Таким образом, для ЗТВ
характерны неравномерность нагрева и связанные с нею напряженное
состояние, деформации, фазовые и структурные изменения. Эти про-
цессы обычно отрицательно влияют на механические свойства металла
ЗТВ, на его коррозионные и другие служебные характеристики. Поэто-
му термический цикл сварки, определяющий конечное состояние мате-
риала в ЗТВ, представляет собой один из главных факторов, который
необходимо учитывать при оценке свариваемости сплава.
Рассмотрим особенности поведения титановых сплавов перечис-
ленных выше групп при сварке. Целесообразно рассмотреть изменение
структуры и свойств при определенном виде сварки, например, при ар-
24
гонодуговой однопроходной сварке металла небольшой толщины (до
3–4 мм), когда происходит резкое охлаждение сварного соединения. У
α - и псевдо- α -сплавов при ускоренном охлаждении в зоне расплава и
зоне термического влияния, имеющей температуру выше температуры
α+β β -превращения, образуется игольчатая α -структура или
структура 'α -мартенсита, незначительно обогащенная β -
стабилизирующими элементами. Такие структуры по своим свойствам
близки обычной α -структуре и поэтому у α - и псевдо- α -сплавов
сварное соединение как по прочности, так и по пластичности близко
основному металлу. Следует отметить, что сплавы этого типа, несмотря
на свое очень близкое фазовое строение, в зависимости от предела
прочности в различной степени изменяют физико-механические свой-
ства сварного соединения по сравнению со свойствами основного ме-
талла. С повышением предела прочности литая или перегретая струк-
тура сплава отличаются меньшей пластичностью основного металла.
Концентраторы напряжения в виде рельефа шва и пористость будут в
большей степени сказываться у сплавов с более высоким пределом
прочности. Остаточные напряжения, возникающие в шве в результате
воздействия термического цикла сварки, будут более высокими у более
прочных сплавов. Эти обстоятельства следует учитывать как для спла-
вов рассматриваемой группы, так и для сплавов других групп. Титано-
вые сплавы мартенситного типа характеризуются тем, что непосредст-
венно после сварки расплавленная зона и переходная зона, нагревшаяся
при температурах выше крT , содержат в своей структуре большее или
меньшее количество мартенситной 'α''α -фазы. Фаза 'α имеет повы-
шенную прочность и пониженную пластичность по сравнению с α -
или β -фазами. Поэтому непосредственно после сварки сварное соеди-
нение сплавов мартенситного типа имеет более высокую прочность и
меньшую пластичность по сравнению с аналогичными свойствами ос-
новного металла. Сварное соединение сплавов мартенситного типа сле-
дует термически обрабатывать не только для снятия остаточных на-
пряжений, но и для стабилизации структуры. Титановые сплавы пере-
ходного типа – это сравнительно новая группа сплавов, появившаяся в
последние годы. Особенностью этих сплавов является возможность
образования в значительных количествах хрупкой ω -фазы в процессе
термического цикла сварки. Для этого типа сплавов важно регламенти-
ровать скорость охлаждения сварного соединения в процессе сварки.
25
Существуют промежуточные скорости охлаждения, когда образуется
большое количество хрупкой ω -фазы, и сварное соединение становит-
ся малопластичным. Последующий отжиг восстанавливает свойства
сварного соединения до уровня, близкого основному металлу. Псевдо-
β -сплавы ведут себя при сварке аналогично сплавам со стабильной β -
фазой. В процессе термического цикла сварки в сварном соединении
фиксируется исключительно метастабильная β -фаза, характеризую-
щаяся высокой пластичностью при умеренной прочности. Сварное со-
единение псевдо-β -сплавов непосредственно после сварки имеет физи-
ко-механические свойства, близкие к свойствам основного металла.
Однако при нагреве метастабильная β -фаза претерпевает превращение,
приводящее к охрупчиванию сварного соединения. Однофазные β -
титановые сплавы при сварке не претерпевают фазовых превращений,
и поэтому механические свойства сварных соединений изменяются не-
значительно и термическая обработка не оказывает заметного влияния
на их свойства и структуру. Характеристики титановых сплавов по сва-
риваемости. Низколегированные титановые сплавы с α - и псевдо- α -
структурами благодаря важным преимуществам термической ста-
бильности, хорошей свариваемости, высокой коррозионной стойкости
и экономической эффективности наиболее широко применяются в
сварных конструкциях различного назначения в отечественной и зару-
бежной практике. Сплавы этого класса используются в конструкциях,
работающих длительно в диапазоне температур от – 269 до 500 C .
Низколегированные сплавы этой группы удовлетворительно сварива-
ются различными способами сварки, что выражается в стабильном
формировании шва, отсутствии трещин и высоких механических свой-
ствах СС. Одним из важных критериев свариваемости этого класса яв-
ляется незначительная чувствительность к изменению режимов сварки.
Однофазные α -сплавы имеют широкий интервал скоростей охлажде-
ния, при котором сохраняются высокие свойства соединений. Наи-
большие значения пластичности СС достигаются при относительно вы-
соких скоростях охлаждения. Механические свойства СС α -сплавов,
полученных аргоно- дуговой сваркой без присадки,
26
5. ТЕРМООБРАБОТКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Для титана и его сплавов применяют в основном следующие
виды термической обработки: отжиг, закалку и старение, в меньшей
степени химико-термическую и термомеханическую обработку. Уп-
рочнение титановых сплавов при закалке и старении определяется их
фазовым составом после закалки и количеством метастабильныхфаз.
По способности к упрочнению при старении титановые сплавы можно
разделить на термически не упрочняемые сплавы и сплавы, термически
упрочняемые за счет дисперсионного твердения.
Отжиг проводится для всех титановых сплавов с целью завер-
шения формирования структуры, выравнивания структурной и концен-
трационной неоднородности, а также механических свойств. Темпера-
тура отжига должна быть выше температуры рекрисаллизации, но ниже
температуры перехода в β -состояние ппT во избежание роста зерна.
Применяют обычный отжиг, двойной или изотермический (для ста-
билизации структуры и свойств), неполный (для снятия внутренних
напряжений).
Рекристаллизационный (простой) отжиг холоднодеформиро-
ванных сплавов 650 850 С .
Изотермический отжиг (нагрев до 780 980 С с последующим
охлаждением в печи до 530 680 С , выдержка при этой температуре и
охлаждение на воздухе), обеспечивающий высокую пластичность и
термическую стабильность сплавов.
Двойной ступенчатый отжиг (отличается от изотермического
тем, что переход от первой ступени ко второй осуществляется охлаж-
дением сплава на воздухе с последующим повторным нагревом до тем-
пературы второй ступени), приводящий к упрочнению сплава и сниже-
нию пластичности за счет частичного протекания процессов закалки и
старения.
Неполный отжиг при 500 680 С с целью снятия возникающих
при механической обработке остаточных напряжений.
Закалка и старение (упрочняющая термообработка) применима
к титановым сплавам с α β -структурой. Принципупрочняющей
термообработки заключается в получении при закалке метастабильных
фаз β , 'α , ''α и последующем их распаде с выделением дисперсных
27
частиц α - и β -фаз при искусственном старении. При этом эффект уп-
рочнения зависит от типа, количества и состава метастабильных фаз, а
также дисперсности образовавшихся после старения частиц α - и β -
фаз.
Химико-термическая обработка проводится для повышения
твердости и износостойкости, стойкости к «схватыванию» при работе в
условиях трения, усталостной прочности, а также улучшения коррози-
онной стойкости, жаростойкости и жаропрочности. Практическое при-
менение имеют азотирование, силицирование и некоторые виды диф-
фузионной металлизации.
5.1. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК
(ДЕТАЛЕЙ) α -ТИТАНА
Для титановых α -сплавов применяется два вида термической
обработки:
- полный отжиг;
- неполный отжиг.
Полный отжиг проводится с целью завершения формирования
структуры сплавов в результате процесса рекристаллизации, выравни-
вания структурной неоднородности, механических свойств сплавов, а
также снятия внутренних напряжений.
Полный отжиг состоит из нагрева до температуры свыше темпе-
ратуры начала рекристаллизации, но ниже температуры полиморфного
превращения, выдержки при указанной температуре и последующего
охлаждения на спокойном воздухе. Заготовки (полуфабрикаты) и дета-
ли из титана и его сплавов следует подвергать полному отжигу, в сле-
дующих случаях:
- полуфабрикаты не подвергались термообработке на предпри-
ятии-изготовителе;
- заготовки (детали) после горячей гибки и штамповки.
Неполный отжиг производится для снятия внутренних напряже-
ний, образовывавшихся в процессе механической обработки: правки,
шлифовки и т.д. при температуре ниже температуры рекристаллизации.
Неполному отжигу следует подвергать заготовки (детали) при
наличии указаний в технологической документации.
Температура полного и неполного отжига некоторых сплавов
приведена в табл. 5.
28
Таблица 5
Температура термической обработки титановых сплавов
Марка спла-
ва Неполный
отжиг
Полный отжиг
Листы и детали
из них Прутки, поковки, профили
и детали из них ВТ1-00,
ВТ1-0 450 - 490 520 - 540 670 - 690
ОТ4 545 - 585 660 - 680 740 - 760
ОТ4-0 480 - 520 590 - 610 690 - 710
5В - - 860 - 880*
ВТ5-1 500 - 600 700 - 750 800 - 850 3М - - 855 - 885
**
ПТ-3В - - 855 - 885**
*Посадка в печь при температуре 850 890 С .
**Посадка в печь при температуре 750 800 С .
Примечание: Охлаждение производится на воздухе.
Рекомендуемое время выдержки полного отжига приведено в
табл. 6.Время выдержки при температуре неполного отжига составляет
от 30 минут до 4 часов в зависимости от марки сплава и сложности де-
тали и указывает в технических требованиях чертежа.
Характерная микроструктура плит и штампованных заготовок из
сплавовПТ-3В и 5В представлена на рис. 7, а поковок из сплава 37
представлена на рис. 8.
)а )б
Рис. 7. Характерная микроструктура плит и штампованных заго-
товок из сплавов: а) ПТ-3В, б) 5В
29
Таблица 6
Время выдержки при температуре полного отжига
Максимальная толщина (диаметр), мм Время выдержки
до 1,5 (включ.) 10 мин.
1,6 - 2,0 15 мин.
2,1 - 6,0 20 мин. 6,0 - 15,0 30 мин.
15,0 - 25,0 50 мин.
25,0 - 35,0 1 ч. 10 мин.
35,0 - 50,0 1 ч. 30 мин. 50,0 - 65,0 2 ч.
65,0 - 80,0 2 ч. 30 мин.
80,0 - 100,0 3 ч.
100,0 - 130,0 4 ч. 130,0 - 160,0 5 ч.
160,0 - 190,0 6 ч.
190,0 - 220,0 7 ч.
220,0 - 250,0 8 ч.
Примечания:
1. Если одна садка состоит из деталей различных размеров, то она
отжигается по режиму детали с максимальным толщиной (диаметром).
Разница в толщине (диаметрах) деталей или заготовок, помещенных в
одной садке, не должна превышать 30 мм;
2. Для прутков из сплавов 3М и ПТ-3В выдержка при температу-
ре отжига производиться из расчета полминуты на мм диаметра (тол-
щины), но не менее 30 минут и не более 2 часов.
30
)а )б
Рис. 8. Характерная микроструктура поковок из сплава 37:
а) х100, б) х500
6. ОСНОВНЫЕ СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТИТАНА И ЕГО
СПЛАВОВ
Как правило, из титана изготавливают производственное обору-
дование, которое приобретает показатели высокой устойчивости, дол-
говечности и надежности.
Авиация, космическая техника, ракетостроение. Дополни-
тельно используется в качестве обшивочного материала, который вы-
держивает резкие перепады температур и не изменяет своих свойств
под воздействием воды.
Судостроение. Полюбился в данной отрасли благодаря тому, что
не разъедается соленой морской водой и, за счет малой плотности, спо-
собен снизить массу водоплавающего средства. А это отражается на
повышении маневренности, долговечности и прочности судна.
Машиностроение. В производстве машин используется редко,
поскольку имеет высокую цену, однако производственные машино-
строительные площадки практически всецело оснащаются оборудова-
нием, имеющим титановые детали.
Черная и цветная металлургия. Целлюлозно-бумажная, пищевая промышленность.
31
Медицинская промышленность – применяется в изготовлении
хирургических инструментов, искусственных органов, радиологиче-
ской аппаратуры.
Для судостроительных конструкций разработан и производится
ряд конструкционных сплавов для:
корпусных конструкций – сплавы ПТ-3В, 17, 5В, 5ВА, 37, 23А;
судового машиностроения – сплавы ПТ-3М, 19, 14, ТЛ3, ТЛ5;
энергетики – сплавы ВТ1-00, ВТ1-0, ПТ-1М, ПТ-7М, 27.
Эти титановые сплавы обладают сочетанием в них достаточно
высокой прочности, удовлетворительным показателям пластичности,
высокой коррозионной стойкости, сопротивлением распространения
трещин в морской воде, хорошей свариваемостью и пластичностью.
7. ЗАДАЧИ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Задачи В настоящей работе студенты должны изучить влияние состава
на структуру и механические свойства титановых сплавов, ознакомить-
ся с маркировкой титановых сплавов. Изучить особенности химическо-
го состава, термообработки и изменение структуры при этом изучае-
мых титановых сплавов.
После выполнения лабораторной работы студенты должны при-
обрести навыки:
- проведения анализа любоготитанового сплава,
- выбора необходимой термической обработки,
- описания микроструктуры в титановых сплавах,
- описания влияния легирующих на свойства титановых сплавов,
- определения примерной области применения титановых спла-
вов.
Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с краткими сведениями из теории, законспекти-
ровав основные положения.
2. Нарисовать диаграмму состояния «титан-алюминий», указать
фазовый состав во всех областях диаграммы. Получить комплект мик-
рошлифов, в который входят образцы титановых сплавов: ПТ-3В, 3М,
32
5В, 37.
3. Изучить микроструктуры всех образцов с использованием оп-
тического металлографического микроскопа, зарисовать микрострук-
туры, указать структурные составляющие, описать характерные осо-
бенности структурообразования всех сплавов.
4. Определить по микроструктуре принадлежность сплавов к то-
му или иному классу по структуре и способности к упрочнению терми-
ческой обработкой.
5. Проанализировать изменение структуры и свойств титановых
сплавов с изменением качественного и количественного содержания
легирующих элементов и условий охлаждения.
6. Объясните принцип маркировки титановых сплавов.
7. Заполните табл. 7 с указанием класса по структуре, режима
термической обработки и применения изученных марок сплавов.
8. Сделайте выводы об общности и о принципиальных отличиях-
структур различных систем, сплавов в различном состоянии, о возмож-
ныхпутях воздействия на структуру сплавов с целью улучшения ком-
плекса ихсвойств.
9. Составьте отчет о данной работе.
Таблица 7
Механические свойства исследуемых титановых сплавов
Мар-
ка
спла-
ва
Средний
химический
состав, %(по
массе)
Класс
по
струк-
туре
вσ ,
МПа
δ ,
%
KCU ,
2Дж
см
Тер-
мооб-
работ-
ка
Облас-
ти при-
мене-
ния
ПТ-
3В
3М
5В
37
7. СХЕМА И ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Необходимые материалы и оборудование
1. Комплект микрошлифов;
2. Металлографический микроскоп МИМ - 7;
33
Микроскоп металлографический вертикальный МИМ – 7
Металлографический микроскоп позволяет рассматривать при
увеличении от 60 до 1500 раз непрозрачные тела в отражённом свете.
Металломикроскоп - сложный, точный, дорогой прибор, поэтому
обращаться с ним надо бережно и аккуратно. Прежде чем приступить к
работе на микроскопе, необходимо познакомиться с его оптической
системой и конструкцией.
Металлографический микроскоп позволяет рассматривать непро-
зрачные тела в отраженном свете.
Микроскоп МИМ-7 (рис. 9) состоит из трех основных частей: ос-
ветителя, корпуса и верхней части.
Рис. 9. Общий вид микроскопа МИМ-7:
1 – основание; 2 – корпус; 3 - фотокамера; 4 – микрометрический винт;
5 – визуальный тубус с окуляром; 6 – рукоятка иллюминатора; 7 – ил-
люминатор; 8 – предметный столик; 9 – клеммы; 10 – винты перемеще-
ния столика; 11 – макрометрический винт; 12 – осветитель; 13 – руко-
ятка светофильтра; 14 – стопорное устройство осветителя; 15 – рамка с
матовым стеклом
34
8. ФОРМА ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Отчет по лабораторной работе должен содержать следующий ма-
териал:
1. Титульный лист.
2. Наименование и цель работы.
3. Краткое теоретическое введение.
4. Микроструктуры титановыхсплавов с обозначениями струк-
турных составляющих.
5. Химический состав изучаемыхтитановыхсплавов.
6. Ответы на все вопросы в задании (табл.7).
7. Результаты и выводы лабораторной работы.
8. Список используемой литературы.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Перечислите основные характеристики физических, механиче-
ских, технологических, и др. свойств титана.
2. Определите, в каких отраслях промышленности особенно пер-
спективно применение титана.
3.Классифицируйте примеси в титане.
4. Определите, как влияют на свойства и структуру легирующие
элементы в титане.
5. Определите, какие сплавы титана можно подвергнуть терми-
ческой обработке (обосновать анализом обобщенной диаграммы со-
стояния «титан-легирующий элемент»).
6.Объясните, какие сплавы титана по составу и структуре явля-
ются оптимальными в качестве конструкционных материалов.
7.Опишите возможные неравновесные фазы у закаленных тита-
новых сплавов.
8. Опираясь на особенности строения закаленных титановых
сплавов, сформулируйте отличительные черты процесса старения (от-
пуска) этих сплавов и формирующихся при этом структур.
9. Классифицируйте титановые сплавы по структуре в нормали-
зованном и закаленном состояниях.
10. Классифицируйте титановые сплавы по способу производст-
ва.
35
11. Определите, какие элементы являются α - и β -
стабилизаторами титана.
12. Опишите типы структур в оттоженных α β -
титановыхсплавах.
13. Перечислите характерные зоны формирующиеся при сварке
титана и его сплавов.
14. Перечислите меры борьбы с холодными трещинами при свар-
ке титана.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адаскин А.М., Климов В.Н., Онегина А.К., Седов Ю.Е. Мате-
риаловедение в машиностроении в 2 ч. Часть 1- 2-е изд., испр. и доп.-
М.: Юрайт –2017. - 258 с.
2. Богодухов, С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах:
Учебные пособия / С.И. Богодухов, А.В. Синюхин, Е.С. Козик. —
Электрон.дан. — М. : Машиностроение, 2014. — 352 с. — URL:
http://e.lanbook.com/book/63212.
3. Сапунов, С.В. Материаловедение: Учебные пособия — Элек-
трон.дан. — СПб. : Лань, 2015. — 208 с. —
URL:http://e.lanbook.com/book/56171.
.
36