главная страница    словари    ГОСТЫ И ТУ    свойства металлов    производители металлов    о проекте

медь  бронза  латунь  алюминий  титан  никель  кобальт  цинк  магний  олово  свинец  медно-никелевые сплавы  вольфрам   молибден   ниобий   тантал

iv>

Механические и технологические свойства титана и его сплавов

Механические свойства титана сильно зависят от примесей атмосферных газов - кислорода и азота, с которыми он образует сплавы типа твердых растворов внедрения. Наиболее важное практическое значение имеет примесь кислорода, по содержанию которого определяется сорт технического титана; поведение кислорода в титановых сплавах можно сравнить с поведением углерода в сталях.

Наиболее сильное упрочняющее действие на титан оказывают азот, затем кислород и углерод. В пределах, допускаемых техническими условиями на содержание этих примесей (<0,05% N2, <0,25% О2 и <0,05% С), их действие можно считать аддитивным. Влияние 0,01% N2 эквивалентно 0,02% 02 или 0,03% С.

Механические свойства титана

Предел прочности, МПа.........................................................................................  256

Относительное удлинение, %...................................................... ..........................  72

Модуль нормальной упругости, ГПа....................................................................       106

 С увеличением крупности зерна предел текучести (σ0,2) и временное сопротивление разрыву (σв) снижаются, причем это проявляется тем заметнее, чем выше содержание примесей кислорода и азота или их суммы. Характеристики пластичности мало зависят от величины зерна.

Высокочистый титан не имеет четко выраженного физического предела текучести, технический титан, содержащий 0,1-0,3% 02; 0,1-0,3% Fe, с мелкозернистой структурой (<20 мкм) напротив имеет четко выраженный физический предел текучести. При содержании в электролитическом металле, %: 02 - 0,021; N2 - 0,004%; С - 0,015; Fe<0,005; Al<0,04 предел текучести — 105 МПа, временное сопротивление разрыву — 234 МПа, относительное удлинение δ — 55%.

Упрочняющее действие примеси кислорода проявляется примерно до температуры 350-400°С, а затем свойства нивелируются. Поэтому кислород не может считаться полезной добавкой для повышения жаропрочности.

Титан — нехладноломкий металл и это определяет перспективность его применения при низких температурах. В табл. 1 приведены механические свойства отожженного кованого титана с различной величиной кислородного эквивалента (К) при комнатной и низких температурах, а также склонность к хладноломкости Кχ = σв (°С) /σв (20°С) и чувствительность к надрезу Кн = σв (с надрезом)/σв (без надреза).

 

Табл.1. Механические свойства отожженного кованого титана при низких температурах (отжиг при температуре 650°С, охлаждение на воздухе)

 

К,%

 

Т, °С

Предел текучести σ0,2, Мпа

Временное сопротивление σb, МПа

Относительное удлинение δ, %

Относительное сужение ψ, %

 

Кх

 

Кн

 

0,05

20

250

320

41

82

-

-

-80

360

460

58

84

1,4

-

-196

430

720

68

75

2,2

-

 

0,10

20

290

380

36

75

-

-

-80

400

560

46

77

1,5

-

-196

5303

830

48

66

2,2

 

 

0,18

20

400

530

27

59

-

-

-80

50

680

30

68

1,3

 -

-196

770

1030

46

62

1,9

-

 

0,23

20

480(474)

600(592)

26(26)

61

-

(0,35)

-80

600(628)

720(766)

18(25)

53

1,2

 (1,19)

-196

820(956)

970(1070)

19

20

1,6

(1,05)

(-268)

(1210)

(1310)

(7,9)

-

-

(0,68)

 

0,32

20

500

650

25

50

-

-

-80

770

840

20

54

1,3

-

-196

1070

1120

23

62

1,7

-

Значение в скобках - по данным Христиана, остальные - по данным Круппа.

 

При понижении температуры увеличиваются временное сопротивление разрыву и относительное удлинение, причем тем больше, чем меньше содержание примесей элементов внедрения, учитываемых кислородным эквивалентом. У наиболее чистого от примесей титана при температуре -196°С временное сопротивление разрыву вдвое выше, чем при 20°С, а относительное удлинение - в полтора раза. При величине кислородного эквивалента порядка 0,2 - 0,3% (технический титан) пластичность при температуре 20 и -196°С примерно одинакова. До температуры -196°С титан не чувствителен к надрезу. При температуре -268°С пластичность снижается, но остается достаточно высокой для использования титана в качестве конструкционного материала.

Неприятная особенность титана — ползучесть при комнатной температуре при длительном воздействии напряжений около 50% от предела текучести, а для титана повышенной чистоты — даже и при более низких напряжениях.

В зависимости от температуры сопротивление ползучести изменяется по-разному. В интервале температур 20-150°С наблюдается сильная зависимость предела текучести от продолжительности действия напряжения. При температуре 200-300°С эта зависимость почти исчезает, при дальнейшем повышении температуры появляется снова. При температуре 200-300°С отмечается пониженная скорость ползучести, особенно технического титана. В этом случае уже небольшое понижение напряжения очень сильно сокращает срок службы его. Например, технический титан σв= 600 МПа разрушается через 10 ч при напряжении 225 МПа. При снижении напряжения до 210 МПа образцы после начальной вытяжки 10% не изменяют длины в течение 500 часов.

Сопротивление усталости может колебаться в довольно широких пределах (0,45-0,85 σв) в зависимости от содержания примесей элементов внедрения, состояния поверхности образцов, режима термической обработки и др. Технический титан имеет более высокое сопротивление усталости, чем титан высокой степени чистоты. Оказывает влияние и метод испытания, например, при испытании методом растяжения-сжатия долговечность меньше, чем при методе изгиба-вращения. При высоких частотах может влиять нагрев образца, обусловленный низкой теплопроводностью титана.