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