можно ли закалить титан

Термообработка титана

Для титана и егo сплавов, а такжe сварных соединений применяют в основнoм следующие виды термической обработки: отжиг, закалка и старение. В конструкцияx титановые сплавы можно использовaть в состояниях послe прокатки, отжига или жe упрочняющей термической обработки. Упрочнениe титановых сплавов термической обработкой достигаетcя в отличие от сплавов нa основе железа преимущественно дисперсиoнным твердением и старением.

Отжиг заключаетcя в нагреве дo определенных температур, выдержке и потом охлаждении нa воздухе для стабильных сплавов, c печью для высоколегированных. B таблице 1 приведены режимы отжига. Время выдержки пpи указанных температурах зависит oт толщины обрабатываемых деталей. Для листoв рекомендуют следующую выдержку:

Толщина листов, мм	≤1,5	1,6 дo 2,0	3,1 дo 6,0	6
Время выдержки, минут	15	20	25	60

Время выдержки пpи неполном отжиге (отпуске) 20. 60 минут.

Отжиг (α + β)-сплавов и иx сварных соединении сочетает элемeнты отжига первого рода, основанного нa рекристаллизационных процессаx, и отжига второго рода, базирующегоcя на фазовой перекристаллизации. Для этиx сплавов кроме простого примeняют рекристаллизационный отжиг. Oн заключается: в нагреве сплава пpи сравнительно высоких температурах, достаточныx для прохождения рекристаллизационных процессов, в охлаждении до температур, обеспечивающих высoкую стабильность β-фазы (нижe температуры рекристаллизации), и выдержке пpи этой температуре c последующим охлаждением на воздухе.

Источник

Поговорим о титане или все что Вы хотели спросить.

Титан – блестящий металл серебристого цвета, легко поддающийся различным видам обработки – сверлению, точению, фрезерованию, шлифованию. При распиловке, сверлении и фрезеровании титана необходимо постоянно применять охлаждающую смазку, при этом на инструмент сильно надавливать нельзя; титан не поддается пайке, но хорошо куется (и в горячем, и в холодном состоянии), перед волочением титановой проволоки необходимо осуществить ее отжиг. Он обладает высокой прочностью, имеет низкую плотность, является достаточно легким.

По коррозионной стойкости титан сравним с драгоценными металлами.

В последнее время в зарубежных странах из титана изготовляют широкий ассортимент самых разнообразных ювелирных украшений. Титан стал привлекательным для изготовления украшений благодаря интересным цветовым эффектам, образующимся на его поверхности при нагревании.

Явление это объясняется тем, что при нагревании на поверхности титана образуется окисный слой, поглощающий определенное количество света, и только оставшаяся часть его отражается в виде спектрального цвета, который нами воспринимается.

С повышением температуры отжига пропорционально увеличивается слой окиси. С увеличением толщины окисной пленки света поглощается больше и образуется четко разграниченная гамма цветов побежалости, начиная от светло-желтого (в тонком слое поглощается мало света) до зеленоватого, фиолетового и голубого, вплоть до темно-синего (толстый слой отражает лишь незначительную часть света).

При изготовлении, например, браслета один конец полосы нагревается узким горячим пламенем: образующийся сначала желтый тон медленно, что позволяет наблюдать за ним, проходит по всей длине полосы, за ним же следуют зеленоватые, фиолетовые и синие тона.

Примечательно, что при высокой температуре отжига титан еще раз окрашивается в желтый цвет. Если окрашенную таким образом полосу изогнуть в кольцо, то оба конца желтого цвета будут отличаться по интенсивности. Таким же методом можно изготавливать пластины для брошей и подвесок.

Цветовой эффект на титановой пластине можно усилить последующим травлением, для чего обычным образом наносится защитный лак и выскабливается рисунок, а затем осуществляется травление в холодном растворе плавиковой кислоты. После травления между цветами побежалости проявляется серый цвет металла, удачно дополняя и подчеркивая многоцветность всей поверхности.

Термическое оксидирование можно осуществить с помощью муфельной печи или обычной горелки.

Сначала титан приобретает первый цвет – золотистый. С ростом температуры появляются разнообразные оттенки: от светло-желтого до зеленоватого, фиолетового и голубого, вплоть до темно-синего. Для получения на поверхности специальных эффектов можно использовать различные тонизирующие присадки, придающие изделиям очень красивый угольно-серый цвет.

Пламенное окрашивание выполняется с помощью газовой горелки, которая в этом случае становится кистью художника. Поскольку точный контроль цвета невозможен, то полагаться следует на собственный художественный вкус и подход. В работе пригодна любая горелка, так как высокие температуры здесь не требуются; большое, мягкое пламя может дать участки ровного цвета, а маленький горячий язычок – радугу цветов. Пламенное окрашивание можно произвести также в стандартной муфельной печи. Поместив украшения в печь всего на несколько минут, можно получить золотой, пурпурный и синий цвета. Температура нагрева и время пребывания изделий в печи в каждом конкретном случае зависит от размера и толщины украшения. Этим методом можно получить и одноцветные краски.

Более точно окраску титана можно выполнить электролитическим методом окисления. В зависимости от используемого напряжения можно получать слои различной толщины и, следовательно, различные оттенки: желтый, темно-синий, голубой, фиолетовый, сине-зеленый. Если на одном изделии необходимо получить несколько цветовых оттенков, то пластина обрабатывается сначала при самом низком напряжении, а затем участок, на котором остается данный оттенок, закрывается, а обработка остальной поверхности продолжается таким же образом, но уже при более высоком напряжении.

Обработку можно производить и в другой последовательности: сначала прикладывается самое высокое напряжение, обработанный участок закрывается, а все остальное обрабатывается пескоструйным аппаратом. Цветные слои, получаемые электролитическим способом, можно сделать блестящими, а также белыми, для чего соответствующие участки также закрываются, а другие подвергаются обработке пескоструйным устройством, или же на них наносится защитный лак и выполняется травление плавиковой кислотой.

Распиловка, сверление, волочение и пайка титана.

Титан в некоторых случаях ведет себя иначе, чем обычно применяемые в ювелирном деле металлы.

При распиловке титана ножовкой сначала делается легкий надрез, и лишь после того, как ножовочное полотно захватило металл, можно увеличить силу нажатия.

Титан можно обрабатывать обычными напильниками, не сильно надавливая при этом, в противном случае насечка напильника забивается, и он «засаливается», отчего время от времени его необходимо прочищать.

Титан поддается обработке давлением, но в этом случае следует часто производить промежуточный отжиг, потому что он быстро нагартовывается. При прокатке необходимо большое усилие.

При волочении проволоки целесообразно сначала произвести ее отжиг – в этом случае смазка (масло или мыло) лучше ложится на окисную пленку; отжиг следует производить и после «прохождения» каждой третьей фильеры. При температуре 650-950°С можно производить горячую ковку титана, его можно обрабатывать также и в холодном состоянии – в этом случае он лучше поддается растяжению, чем сжатию.

Титан не поддается пайке ни мягким, ни твердым припоем, а сварка его производится только в среде защитного газа. Ювелир может соединять титановые детали и только механическим способом, например, клепкой. Как и все другие металлы, титан можно склеивать, если при этом соединяемые поверхности достаточно большие.

Поверхностная обработка титана производится сначала наждачной бумагой различной зернистости, а затем полировальной; блестящая поверхность получается лучше всего с помощью пасты из окиси никеля или шлифовальных средств для благородных металлов.

Для подготовки поверхности изделия из титана под окраску рекомендуется слегка ее протравить: изделие на мгновение опускается в 2 %-й раствор плавиковой кислоты, затем промывается, а потом обрабатывается обычным травильным раствором серной кислоты.

Источник

Краткое введение термической обработки титанового и титанового сплавов

Титан и титановый сплав обладают идеальным соотношением прочности и веса, хорошей ударной вязкостью и коррозионной стойкостью. Титановый сплав в основном используется для изготовления деталей компрессоров авиационных двигателей и конструктивных элементов ракетных и высокоскоростных самолетов. В середине 1960-х титан и его сплавы использовались в общей промышленности для изготовления электродов для электролитической промышленности, конденсаторов для электростанций, нагревателей для нефтепереработки и опреснения, а также устройств контроля загрязнения окружающей среды, а также материалов для хранения водорода и памяти формы. сплавы.

В настоящее время годовая производственная мощность титановый сплав в мире достигло более 40,000 тонн, с почти 30 сортов титанового сплава. При обработке тепла примеси, такие как водород, кислород, азот и углерод, легко абсорбируются. Из-за плохой обрабатываемости трудно и сложно вырезать и перерабатывать Ti и его сплав. Отжиг применяется для устранения внутреннего напряжения, улучшения пластичности и оптимальной комбинации пластичности, обрабатываемости, а также мерной и структурной стабильности. Общепринятые методы термообработки титанового сплава, включая полный отжиг, раствор и обработку старения. Кроме того, принимаются двойной отжиг, изотермический отжиг, обработка дегидрированием, термообработка деформации и другие процессы термической обработки металлов.

Полный отжиг 1

Отжиг титана и титановых сплавов служит в первую очередь для повышения вязкости разрушения, пластичности при комнатной температуре, размерной и термической стабильности и сопротивления ползучести. Обычно сплавы β и α + β полностью отжигаются и используются в качестве окончательной термообработки.

2 Усилие снятия напряжения

Для устранения внутренних напряжений, возникающих при обработке давлением, механической обработке и сварке, для предотвращения химической эрозии и уменьшения деформации в некоторых агрессивных средах. Титановый сплав должен пройти отжиг для снятия напряжений. Температура отжига под напряжением ниже температуры рекристаллизации, как правило, 450

650 ℃. Время растворения составляет соответственно 0.25

4 часа для промышленного чистого титана, 0.5

2 часа для механических деталей и 2

12 часов для сварки деталей, которые затем охлаждаются на воздухе.

Обработка и старение раствора 3

Для повышения прочности титановый сплав с α- и стабильной β-фазами нельзя подвергать интенсивной термической обработке. Твердый раствор и обработка старением должны быстро охладиться из высокотемпературной области, чтобы получить более высокое содержание β-фазы. Это разделение фаз поддерживается за счет закалки; при последующем старении происходит разложение нестабильной β-фазы, что обеспечивает высокую прочность для упрочнения сплава.

Двойной отжиг 4

Двойной отжиг улучшает пластичность и ударную вязкость двухфазного сплава и стабилизирует микроструктуру. Температура первого отжига выше или близка к температуре рекристаллизации, так что процесс рекристаллизации полностью выполняется, а затем происходит охлаждение на воздухе. Поскольку ткань недостаточно стабильна после отжига, необходим второй отжиг, который затем нагревают до более низкой температуры и выдерживают в течение длительного времени, чтобы оптическая фаза полностью разложилась и агрегировалась, чтобы гарантировать стабильность ткани. Двойной отжиг также может быть использован для титанового сплава Gr5.

Изотермический отжиг 5

Подходит для сплава α + β Ti. Из-за высокого содержания стабильной β-фазы трудно полностью разложиться при охлаждении воздухом для получения удовлетворительного эффекта размягчения при полном отжиге. Поэтому часто применяют изотермический отжиг. Нагревают титановый сплав до точки фазового перехода (альфа + бета) / бета ниже 30

80 ℃, а затем охлаждают в печи или удаляют артефакт до температуры ниже изотермической температуры превращения 300

Процесс дегидрирования 6

Процесс дегидрирования направлен на устранение водородной хрупкости. Дегидрирование проводится в вакуумной печи, где тепло вызывает выделение водорода из сплава Ti, также известное как вакуумный отжиг. Температура отжига составляет 540

760 ℃, время выдержки 2

4 часа после охлаждения на воздухе, степень вакуума в вакуумной печи не превышает 1.33 Па. Комбинации времени и температуры для обработки раствора приведены в таблице ниже.

Источник

Прокаливаемость титановых сплавов

Ввиду того, что о прокаливаемое™ титанового сплава можно судить только, когда сплав находиться в термоупрочненном состоянии, то эффект упрочнения от старения, как и прокаливаемость, будет определяться количеством метастабильных а’-, а”- и 0-фаз, способных претерпевать распад при старении (отпуске) сплава. Увеличение количества 0-стабилизаторов в сплаве повышает стабильность 0-твердого раствора к процессам распада при охлаждении и, следовательно, его прокаливаемость. Увеличение прочности после старения с возрастанием содержания 0-стабилизаторов проходит через максимум и снижается для сплавов с высокой концентрацией 0-стабилизаторов, так как при высокой стабильности 0-твердого раствора уменьшается склонность сплава к распаду при старении и соответственно эффект упрочнения.

По степени влияния различных легирующих компонентов на прокаливаемость наши исследователи расположили их в ряд, соответствующий уменьшению влияния этих компонентов на прокаливаемость Cr, Мп, Mo, V, Zr, Al. В расчетной формуле прокаливаемое™, предложенной зарубежными авторами, все легирующие элементы имеют различные коэффициенты, величины которых зависят от влияния, оказываемого соответствующим компонентом на прокаливаемость: lg е = 0,576 + 0,25 (% Fe + % Мп + % Мо) + + 0,19 (% Сг) + 0,16 (% V) + 0,03 (% Zr). Численная величина коэффициента указывает, что легирующие компоненты расположены в ряд по мере уменьшения их стабилизирующего действия на 0-фазу. Только хрому отводиться различная роль по его влиянию на прокаливаемость: либо его ставят на первое место, либо после железа, марганца и молибдена.

Таким образом, можно заключить, что прокаливаемость титанового сплава является суммарным эффектом, определяемым, с одной стороны, фиксированием метастабильных фаз на большой глубине (что возможно при высокой стабильности 0-фазы к распаду) и, с другой стороны, способностью этих фаз распадаться с повышением прочности при последующем старении.

В общем виде указанные зависимости иллюстрируются на рис. 6.1.

Расчетный метод по тангенсу угла наклона полосы прокаливаемости

Используется для определения зоны 50%-ного снижения эффекта упрочнения и основан на том, что с увеличением расстояния от поверхности предел прочности у всех титановых сплавов снижается, однако темп его снижения различен для каждого сплава и может быть охарактеризован тангенсом угла наклона этой кривой к оси абсцисс. Построение аналогичных кривых для большинства титановых сплавов, как по значениям твердости (рис. 6.3), так и по пределу прочности (рис. 6.4) показало, что тангенс угла наклона для каждого сплава является величиной постоянной и мало зависит от режима закалки и старения, вида деформации или степени измельчения структуры при получении полуфабрикатов. Перечисленные факторы могут резко изменять предел прочности полуфабриката, однако темп снижения прочности для каждого сплава остается величиной постоянной. Эксперименты показали, что на изменение угла наклона кривой к оси абсцисс может влиять только достаточно заметное изменение химического состава сплава, а процессы, происходящие при распаде метастабильных фаз, оказывают незначительное влияние на величину угла наклона, но определяют уровень прочности сплавов, образуя так называемую «полосу прокаливаемости» для каждого сплава (рис. 6.3, 6.4).

_________ расстояние от края, мм

Источник

Термическая обработка титановых сплавов.

Согласно двойным диаграммам состояния титан — легирующий элемент, титановые сплавы в зависимости от их состава и назначения можно подвергать всем основным видам термической обработки, а также химико-термической обработке.

Рекристаллизационный отжиг применяют для титана и сплавов с a-структурой с целью снятия напряжений, созданных предшествующей деформацией. Температура ре кристаллизационного отжига выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры аллотропического превращения а (3, так как в (3-области происходит очень быстрый рост зерна. Обычно это температуры 520—850 °С в зависимости от химического состава сплава и вида полуфабриката.

Отжиг с фазовой перекристаллизацией применяют для (а + + р)-сплавов, чтобы добиться снижения твердости, повышения пластичности, измельчения зерна, устранения структурной неоднородности. Применяют простой, изотермический и двойной отжиг; температура нагрева 750—950 °С (в зависимости от состава сплава).

Простой отжиг предусматривает нагрев (а + р)-сплавов до температуры отжига, выдержку и медленное охлаждение. Образующаяся при нагреве p-фаза (иногда с остаточной а-фазой) при медленном охлаждении распадается и выделяет a-фазу, в результате чего фиксируется двухфазная структура (а + р), близкая к равновесной.

Изотермический отжиг позволяет получить более термически стабильные свойства титановых сплавов. Процесс можно разбить на четыре этапа:

Двойной отжиг отличается от изотермического тем, что после выдержки на высокотемпературной ступени (800—950 °С) сплав охлаждают до комнатной температуры и затем повторно нагревают до температуры II ступени. В процессе охлаждения от I ступени до комнатной температуры в сплаве фиксируется неустойчивая p-фаза, распадающаяся на II ступени отжига. Фактически II ступень при двойном отжиге является старением: образующиеся мелкодисперсные продукты распада упрочняют сплав. Двойной отжиг способствует увеличению сопротивления ползучести.

Закалка применяется только для двухфазных сплавов. В зависимости от химического состава, в первую очередь от суммарного содержания легирующих p-стабилизаторов, в титановых сплавах при закалке может происходить мартенситное превращение или фиксироваться высокотемпературное состояние p-фазы при комнатной температуре, т.е. образовываться нестабильная р_нест-фаза.

Мартенситное превращение в титановых сплавах, так же как и в сталях, происходит сдвиговым, бездиффузионным путем в интервале температур и характеризуется температурой начала М_н и температурой конца М_к превращения.

Схема превращений, происходящих при закалке титановых сплавов в зависимости от содержания p-стабилизатора, показана на рис. 8.7, где сплошные линии соответствуют температурам начала и конца полиморфного превращения a р, а штриховые — температурному интервалу мартенситного превращения М_н—М_к.

Рис. 8.7. Схема превращений, происходящих при закалке титановых сплавов в зависимости от содержания р-стабилизатора

При закалке сплавов, содержащих p-стабилизатора меньше С_а, образуется игольчатая фаза мартенситного типа, назьюаемая а».

В интервале концентраций p-стабилизатора С_а— С, процесс закалки протекает так же, как и при концентрациях, меньших С_ь с той разницей, что вместо a-фазы образуется а»-фаза.

Фаза а” представляет собой, подобно сс’-фазе, твердый раствор легирующих элементов в а-титане, но по сравнению с а’-фазой более насыщена, так как образуется в сплавах с большей концентрацией легирующих элементов; а”-фаза имеет ромбическую решетку и образуется только в титановых сплавах, легированных Mo, V, Nb и другими элементами, атомные радиусы которых близки к атомному радиусу титана; как и а’-фаза, она имеет игольчатое строение, но ее твердость и прочность значительно ниже.

При концентрациях p-стабилизатора от С_< до С_к р-фаза только частично превращается в а”-фазу и образуется структура а” + р. Сохранившаяся p-фаза называется нестабильной (Рнест)- Внутри р_нест образуется co-фаза, которая когерентна с решеткой p-фазы, имеет искаженную гексагональную кристаллическую решетку, повышает твердость и резко охрупчивает сплавы. При закалке сплавов с концентрацией р-стабилизато- ра от С_к до С₃ мартенситное превращение не происходит и сплавы имеют структуру р_нест + со.

При концентрациях p-стабилизатора от С₃ до С_р при закалке фиксируется нестабильная p-фаза, которая представляет собой твердый раствор легирующих элементов в р-титане.

В процессе нагрева закаленных титановых сплавов происходит старение и образовавшиеся при закалке метастабильные фазы а’, а», со и р_нест распадаются с образованием более стабильных дисперсных структур.

При температурах старения 500 °С и выше в (а + р)-сплавах в зависимости от структуры, полученной после закалки, могут происходить следующие превращения:

В результате распада неравновесных фаз с выделением дисперсных частиц титановые сплавы упрочняются. Наибольший эффект упрочнения получается при распаде р_нест-фазы.

Титановые сплавы подвергают также химико-термической обработке. Для повышения износостойкости трущихся поверхностей применяют азотирование. Получаемый азотированный слой имеет глубину 0,1—0,15 мм и твердость HV 700—1000. Для снижения хрупкости азотированного слоя и повышения его сцепления со сплавом изделия подвергают вакуумному отжигу при 800—900 °С.

Свойства титановых сплавов. Титановые сплавы по способу производства полуфабрикатов и изделий подразделяют на деформируемые и литейные; по склонности к термическому упрочнению — на термически упрочняемые и термически неуп- рочняемые. Кроме того, титановые сплавы классифицируют по структуре, которую они имеют после охлаждения на воздухе: сплавы со структурой a-твердого раствора; сплавы со смешанной структурой (а + р)-твердого раствора и сплавы со структурой /^-твердого раствора. Сплавы каждой из этих групп имеют свои особенности.

а-сплавы до 650 °С сохраняют достаточную прочность. До 1090 °С сопротивляются коррозии в атмосферной среде, загрязненной газами, что позволяет вести обработку давлением при более высоких температурах. Эти стали хорошо свариваются. После термической обработки охрупчивания не наблюдается.

Однако пластичность листов при изгибе хуже, чем у р-спла- вов. Для горячей обработки давлением требуется более значительная мощность, чем для (а + р)-сплавов. Кроме того, невозможно получить высокопрочные сплавы. Данные сплавы не подвергаются закалке и старению.

По сравнению с нелегированным титаном (а + р)-сплавы обладают удвоенной прочностью. Они характеризуются хорошей пластичностью, в частности при изгибе, легче куются, штампуются и прокатываются, чем сплавы а или р; возможно упрочнение путем термической обработки.

Однако эти стали чувствительны к термической обработке (при недостаточном контроле может наблюдаться охрупчивание); сохраняют достаточную прочность лишь до 430 °С. Пластичность сварного шва у них хуже, чем у а-сплавов.

р-сплавы характеризуются отличной пластичностью при всех видах штамповки (лист толщиной 0,7 мм может быть согнут без оправки до полного соприкосновения сторон); сохраняют достаточную прочность до 540 °С. Для получения высокой прочности подвергаются термической обработке.

Однако эти сплавы весьма чувствительны к загрязнениям в процессе производства, к загрязнению атмосферными газами при температурах выше 700 °С. Высокая прочность вызывает трудности при штамповке. При старении возможно охрупчивание. Кроме того, р-сплавы отличает относительно высокое содержание дефицитных легирующих элементов.

Омический состав и механические свойства некоторых титановых сплавов приведены в табл. 8.5.

Однофазные а-сплавы средней прочности ВТ5 и ВТ5-1 относятся к термически неупрочняемым сплавам. Олово в сплаве ВТ5-1 повышает сопротивление ползучести и технологическую пластичность. Сплавы имеют стабильные механические свойства вплоть до 450—500 °С. Их поставляют в виде прутков, поковок, труб, сортового проката, проволоки. Предназначены для изготовления деталей, работающих в широком диапазоне температур.

Таблица 8.5. Химический состав и механические свойства промышленных деформированных сплавов титана

Источник