Титан и сплавы на его основе

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

Вариант 9

1. Титан и сплавы на его основе.
2. Плавление металлов, сварочная ванна.
3. Аллотропические изменения.
4. Магнитотвердые материалы.
5. Стали для измерительных инструментов.
6. Опишите общую схему производства с тали из чугуна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Задание…………………………………………………………….2

Содержание………………………………………………………..3

Введении…………………………………………………………...4

1 Титан и сплавы на  его основе…………………………………..5

1. Титан…………………………………………………………...5
2. Сплавы на основе титана……………………………………...7
1. Деформируемые сплавы……………………………………8
2. Литейные сплавы……………………………………………8
3. Термическая обработка титановых сплавов………………….9
2. Плавление металлов. Сварочная ванна……………………….10
1. Плавление металлов…………………………………………....10
2. Сварочная ванна………………………………………………..12
3. Аллотропические изменения…………………………………..14
4. Магнитотвердые материалы…………………………………...15
5. Стали для измерительных инструментов……………………..18
6. Общая схема производства стали из чугуна…………………..19

Список источников………………………………………………….22

 

 

 

 

 

 

Введение

Первые шаги на пути к  реальному пониманию свойства материалов были  сделаны с наступлением ХIХ века. Начало этому положили химия, а затем физика. Теоретическая химия оказалась полезной при решении практических задач, способствовала появлению более эффективных методов обработки материалов.  В последней четверти ХIХ века химия и физика уже играли ключевую роль в развитии отраслей,  связанных с производством материалов. В ХХ столетии химикам и физикам удалось сделать ряд фундаментальных открытий, на которые  опираются все современные разработки новых материалов и технологические методы их получения и обработки. Объединение знаний, полученных теоретическим и опытным путем позволило разработать более эффективные методы обработки природных материалов, и так же создать большое количество новых искусственных материалов, таких как синтетические волокна и пластмассы, высоконапряженные и жаропрочные металлические сплавы, стеклянные волокна, композиты и полупроводники.  

Эти результаты достигнуты наукой, сформировавшейся на основе интеграции различных дисциплин и получившей название  материаловедение.[1; стр.14]

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Титан и сплавы на  его основе

1.1 Титан

Титан-металл серебристо белого цвета, является одним из наиболее распространенных элементов земной коры. Температура плавления титана 16685, плотность при температуре 20  4,5г/.[2 стр378]

Титан существует в двух полиморфных модификациях: -титан, имеющий ГПУ-решетку при температуре ниже 885, и -титан с ОЦК-решеткой, устойчивый при температурах выше 885.

Отличительные особенности  титана - высокие механические свойства, малая плотность, высокая удельная прочность и хорошая коррозийная  стойкость. Низкий модуль упругости  титана затрудняет изготовление жестких  конструкций. Титан обладает высокой  прочностью при условиях глубокого  холода, при этом если содержание водорода мало, он сохраняет высокую пластичность. Пластическая деформация значительно повышает прочность титана. Он обладает высокой коррозийной и химической стойкостью благодаря защитной оксидной пленке на его поверхности. При повышении температуры, особенно под напряжением, коррозийная стойкость титана уменьшается. При повышении температуры титан активно поглощает газы. Высокая химическая активность титана требует применения при плавке и сварке вакуума или атмосферы инертных газов.

Слитки титана можно обрабатывать давлением всеми известными способами. Перед обработкой давлением слитки рекомендуется нагревать ступенчато: сначала длительный нагрев при температуре 700-750 А затем кратковременный нагрев при 850-1000 Время выдержки при высокой температуре составляет не более 30секунд на 1миллиметр сечения. Из за опасности загрязнения титана газами нагрев под горячую обработку и саму обработку надо проводить в возможно минимальное время. После холодного деформирования титан отжигают при температуре 650-700с выдержкой от 15 минут до 1 часа в зависимости от толщины полуфабриката.

Механические свойства титана сильно зависят от наличия примесей, вредными являются азот, кислород, водород, углерод. Они увеличивают твердость  и прочность, но понижают пластичность, ухудшают свариваемость и снижают  сопротивление коррозии. Титан плохо  обрабатывается резанием. При резание  титана требуются инструменты из быстрорежущей стали и твердых  сплавов, малые скорости резания  при большой подаче и глубине  резания, интенсивное охлаждение.[1.стр304]

Маркировка титана в российской трактовке в большинстве случаев  представляет собой букву «Т», указывающую  на основной элемент и буквенные  символы, идентифицирующие производителя. Так группа титановых сплавов, изготовленных  на базе Всероссийского института авиационных  материалов (ВИАМ) обозначаются аббревиатурой  «ВТ». Сокращение «ОТ» расшифровывается как «опытный титан» и указывает  на совместную разработку сплава предприятиями  ВИАМ и Свердловским заводом ВСМПО. Маркировка «ПТ» ставится на титановых  листах, выпущенных заводом «Прометей», расположенным в Санкт-Петербурге.

Кроме того в маркировке титанового сплава возможны следующие  сокращения: буква «Л», указывающая  на принадлежность металла к литейной группе, «И» - материал специального назначения, «В» - преобладание ванадия в качестве легирующего элемента. Технический  титан может маркироваться одной  буквой «Т» с последующим 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 элементов  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. www.mpstar.ru/hbc/matis.php]

 

1.2 Сплавы на основе титана

Сплавы на основе титана получили значительно большее применение, чем технический титан. Легирование  титанаFe, Al, Mn, Cr, Sn,V, Si повышают его прочность, но одновременно снижают пластичность и вязкость. Жаропрочность повышают Al, Zr, Mo, а коррозийную стойкость в растворах кислот-Mo, Zr, Nb, Ta и Pd. Титановые сплавы имеют высокую удельную вязкость/. Как и в железных сплавах, легирующие элементы оказывают большое влияние на полиморфные превращения титана.

Такие элементы, как Al, N, O, повышают температуру полиморфного превращения и расширяют область фазы, их называют -стабилизаторами. Такие элементы, как Mo, V, Mn, Fe, Cr, понижают температуру полиморфного превращения и расширяют область существования -фазы, их называют -стабилизаторами. Превращения в сплавах происходит в интервале температур. Как правило все промышленные сплавы титана содержат алюминий.

В соответствии со структурой различают - твердый раствор легирующих элементов в  - титане, основной легирующий элемент в - сплавах алюминий, кроме того они могут содержать нейтральные элементы (Sn, Zr) и небольшое количество - стабилизаторов (Mn, Fe, Cr, Mo), сплавы состоящие из - и - стабилизаторов(Mn, Fe, Cr). [3.стр 379]

По характеру обработки  металла сплавы делятся на деформируемые  и литейные. По механическим свойствам  на сплавы нормальной прочности , высокопрочные, жаропрочные, повышенной пластичности.

 

 

 

 

1.2.1 Деформируемые сплавы

Сплавы с -структурой (ВТ5, ВТ5-1) характеризуются средней прочностью  при комнатной температуре, высокими механическими свойствами при криогенных температурах, хорошей жаропрочностью, обладают отличной свариваемостью и коррозионной стойкостью.  Сплав ВТ5 предназначен для изготовления деталей работающих при температурах до 400, сплав ВТ5-1 имеет рабочую температуру до 500

К группе -сплавовотносят чистый титан, а также псевдо--сплавы, имеющие небольшое количество -фазы вследствии дополнительного легирования марганцем.(ОТ4, ВТ4).

Недостатком сплавов этой группы является склонность в водородной хрупкости, поэтому допустимое содержание водорода колеблется в пределах0,02-0,05%.

Двухфазные () сплавы (ВТ3-1, ВТ6, ВТ8) обладают лучшим сочетанием технологических и механических свойств. Их упрочняют термообработкой - закалкой и старением. В отожженном и закаленном состоянии они имеют хорошую пластичность, а после закалки и старения высокую прочность при комнатной и повышенной температурах. При этом чем больше-фазы содержится в структуре сплава, тем сильнее он упрочняется при термообработке. Двухфазные сплавы удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются.

Однофазные -сплавы не имеют промышленного. Они дороги, обладают пониженной удельной прочностью. В настоящее время применяются так называемые псевдо-сплавы.

 

1.2.2 Литейные сплавы

Титановые сплавы имеют хорошие  литейные свойства. Небольшой температурный  интервал кристаллизации обеспечивает хорошую плотность отливки. Они  обладают малой склонностью к  образованию горячих трещин и  небольшой линейной усадкой.

Недостатками литейных сплавов  являются большая склонность к поглощению газов и высокая активность при  взаимодействии со всеми формовочными материалами. Поэтому их разливку ведут  в вакууме или среде нейтральных  газов.

Литейные сплавы обладают более низкими механическими  свойствами, чем соответствующие  деформируемые. Упрочняющая термообработка резко снижает пластичность литейных сплавов и поэтому не применяется.[1.стр308]

 

1.3 Термическая обработка  титановых сплавов

Титановые сплавы в зависимости  от их состава и назначения можно  подвергать отжигу, закалке, старению и химико-термической обработке. Чаще титановые сплавы подвергают отжигу. Отжиг 800-850, а -сплавов при 750-800. Применяется и изотермический отжиг – нагрев до 870-980 сплава и далее выдержки при 530-660.

В последнее время все  шире применяется вакуумный отжиг, который позволяет уменьшить  содержание в титановых сплавах, что приводит к существенному  повышению вязкости разрушения, уменьшению склонности к замедленному разрушению и коррозионному растрескиванию. Для снятия внутренних напряжений, возникающих при механической обработке - и -сплавов, применяют неполный отжиг при 550-650.

Упрочняющую термическую  обработку для крупных деталей  из титановых сплавов применяют  редко, это объясняется малой  прокаливаемостью титановых сплавов, низким значением вязкости разрушения и короблением деталей. Титановые  сплавы имеют низкое сопротивление  износу и при использовании в  узлах трения подвергаются химико-термической  обработке. Для повышения износостойкости  титан азотируют при 850-950 в течении 30-60 часов в атмосфере азота. Толщина диффузного слоя в сплавах титана после азотирования при 950 в течении 30 часов составляет 0,05-0,15 мм, 750-900HV. [3. стр328]

 

2 Плавление металлов. Сварочная ванна

 

2.1 Плавление металлов

Плавление - переход вещества из кристаллического (твёрдого) состояния  в жидкое; происходит с поглощением  теплоты (фазовый переход I рода). Главными характеристиками плавления чистых веществ являются температура плавления и теплота, которая необходима для осуществления процесса плавления.

 Температура плавления  зависит от внешнего давления. Плавление сплавов и твёрдых растворов происходит, как правило, в интервале температур (исключение составляют эвтектики с постоянной температурой плавления). Зависимость температуры начала и окончания плавления сплава от его состава при данном давлении изображается на диаграммах состояния специальными линиями (кривые ликвидуса и солидуса). У ряда высокомолекулярных соединений (например, у веществ, способных образовывать жидкие кристаллы) переход из твёрдого кристаллического состояния в изотропное жидкое происходит постадийно (в некотором температурном интервале), каждая стадия характеризует определённый этап разрушения кристаллической структуры.

Наличие определённой температуры плавления— важный признак правильного кристаллического строения твёрдых тел. По этому признаку их легко отличить от аморфных твёрдых тел, которые не имеют фиксированной  температуры плавления. Аморфные твёрдые тела переходят в жидкое состояние постепенно, размягчаясь при повышении температуры (см. Аморфное состояние). Самую высокую температуру плавления среди чистых металлов имеет вольфрам (3410 °С), самую низкую — ртуть (—38,9 °С). К особо тугоплавким соединениям относятся: TiN (3200 °С), HfN (3580 °С), ZrC (3805 °С), TaC (4070 °С), HfC (4160 °С) и др. Как правило, для веществ с высокой температурой плавления характерны более высокие значения теплоты плавления. Примеси, присутствующие в кристаллических веществах, снижают их температуру плавления. Этим пользуются на практике для получения сплавов с низкой температурой плавления и охлаждающих смесей.

 Плавление начинается при достижении кристаллическим веществом температуры плавления. С начала плавления до его завершения температура вещества остаётся постоянной несмотря на сообщение веществу теплоты.

 В большинстве случаев  плавление вещества сопровождается увеличением их объёма (обычно на несколько %). Если это имеет место, то возрастание давления приводит к повышению температуры плавления. Однако у некоторых веществ (воды, ряда металлов и металлидов, при плавлении происходит уменьшение объёма. Температура плавления этих веществ при увеличении давления снижается.

 Плавление сопровождается изменением физических свойств вещества: увеличением энтропии, что отражает разупорядочение кристаллической структуры вещества; ростом теплоёмкости, электрического сопротивления (исключение составляют некоторые полуметаллы Bi, Sb и полупроводники Ge, в жидком состоянии обладающие более высокой электропроводностью). Практически до нуля падает при плавлении сопротивление сдвигу (в расплаве не могут распространяться поперечные упругие волны, уменьшается скорость распространения звука продольных волн).