Характеристика та властивості титану та матеріалів з титанових сплавів
Титан і титанові сплави мають багато відмінних властивостей, головним чином відображених у таких аспектах:
1. Висока міцність. Титановий сплав має високу міцність, його міцність на розрив становить 686-1176МПа, а його щільність становить лише близько 60% сталі, тому його питома міцність дуже висока.
2. Висока твердість. Твердість HRC титанового сплаву (відпалений стан) становить 32-38.
3. Низький модуль пружності. Модуль пружності титанового сплаву (відпалений стан) становить 1,078 × 10-1,176 × 10 МПа, що приблизно вдвічі менше, ніж у сталі та нержавіючої сталі.
4. Відмінна продуктивність при високих і низьких температурах. При високих температурах титанові сплави все ще можуть зберігати хороші механічні властивості, їх жаростійкість набагато вища, ніж у алюмінієвих сплавів, і діапазон температур їх використання широкий. В даний час робоча температура нових жаростійких титанових сплавів може досягати 550-600 градусів; при низьких температурах міцність титанових сплавів покращується порівняно з нормальними температурами, і вони мають хорошу в'язкість. Низькотемпературні титанові сплави все ще можуть зберігати хорошу міцність при -253 ступені.
5. Титан має сильну корозійну стійкість. При температурі повітря нижче 550 градусів на поверхні титану швидко утворюється тонка щільна оксидна плівка. Таким чином, його стійкість до корозії в окисних середовищах, таких як атмосфера, морська вода, азотна кислота та сірчана кислота, сильний луг, краща, ніж у більшості нержавіючих сталей.
Титанові сплави мають високу міцність і твердість, тому обладнання для обробки повинно бути потужним, а прес-форми і ріжучий інструмент повинні мати високу міцність і твердість. Під час різання площа контакту між стружкою та передньою поверхнею мала, а навантаження на кінчик інструмента велике. Порівняно зі сталлю 45, хоча сила різання титанового сплаву становить лише 2/3-3/4, площа контакту між стружкою та передньою поверхнею менша (лише 1/2-2/3 сталі 45 ), тому ріжучий інструмент Навантаження на лезо велике, а наконечник інструмента або ріжуча кромка легко зношуються; титановий сплав має великий коефіцієнт тертя і низьку теплопровідність (лише 1/4 і 1/16 заліза і алюмінію відповідно); Контакт між інструментом і стружкою відбувається через його Завдяки короткій довжині тепло від різання накопичуватиметься на невеликій ділянці поблизу ріжучої кромки і не буде легко розсіюватися. Ці фактори роблять дуже високу температуру різання титанового сплаву, що призводить до прискореного зносу інструменту та погіршує якість обробки. Завдяки низькому модулю пружності титанового сплаву заготовка сильно відскакує під час різання, що може легко спричинити підвищений знос бокової частини інструменту та деформацію заготовки. Титанові сплави мають високу хімічну активність при високих температурах і легко реагують з газоподібними домішками, такими як водень і кисень повітря. Хімічна реакція створює затверділий шар, що ще більше посилює знос інструменту; при різанні титанового сплаву матеріал заготовки легко з’єднується з поверхнею інструменту, а в поєднанні з високою температурою різання інструмент схильний до дифузійного та адгезійного зносу.
Титанові сплави мають активні хімічні властивості, легко сумісні з абразивами та прилипають до них при високих температурах, засмічуючи шліфувальний круг, що призводить до збільшення зносу шліфувального круга, зниження продуктивності шліфування та труднощів із забезпеченням точності шліфування. Зношення шліфувального круга також збільшує площу контакту між шліфувальним кругом і деталлю, що призводить до погіршення умов тепловіддачі та різкого підвищення температури в зоні шліфування, утворюючи велику термічну напругу на шліфувальній поверхні, викликаючи місцеві опіки. на заготовку та спричиняє тріщини при шліфуванні. Титановий сплав має високу міцність і в'язкість, що ускладнює відокремлення шліфувальної стружки під час шліфування, збільшує силу шліфування та, відповідно, збільшує енергоспоживання шліфування. Титановий сплав має низьку теплопровідність і малу питому теплоємність. Теплопровідність повільна під час шліфування, що призводить до накопичення тепла в зоні шліфувальної дуги, що призводить до різкого підвищення температури в зоні шліфування.
Під час екструзії титану та титанових сплавів потрібна висока температура екструзії та висока швидкість екструзії, щоб запобігти надто швидкому падінню температури. У той же час час контакту між високотемпературною заготовкою та формою має бути максимально скорочений. Таким чином, екструзійна матриця повинна використовувати нові термостійкі матеріали матриці, а швидкість транспортування заготовки від нагрівальної печі до екструзійної стовбура також має бути високою. Оскільки під час нагрівання та екструзії метал легко забруднюється газом, слід також вжити відповідних захисних заходів. Під час екструзії слід вибирати відповідні мастила, щоб запобігти прилипанню до прес-форми, наприклад екструзія оболонки та екструзія зі скляним змащенням. Через великий тепловий ефект деформації титану та титанового сплаву та погану теплопровідність слід приділяти особливу увагу запобіганню перегріву під час екструзії та деформації. Процес екструзії титанового сплаву складніший, ніж алюмінієвого сплаву, мідного сплаву та навіть сталі. Це обумовлено особливими фізико-хімічними властивостями титанового сплаву. Під час звичайної гарячої зворотної екструзії титанового сплаву температура матриці низька, температура поверхні заготовки, що контактує з матрицею, швидко падає, тоді як температура всередині заготовки підвищується через тепло деформації. Через низьку теплопровідність титанового сплаву після зниження температури поверхні тепло внутрішньої заготовки не може бути передано поверхні вчасно, щоб поповнити його, і з’явиться поверхневий зміцнений шар, що ускладнює продовження деформації. При цьому між поверхневим шаром і внутрішнім шаром виникне великий температурний градієнт. Навіть якщо його можна сформувати, легко спричинити деформацію та нерівну структуру.
Титанові сплави дуже чутливі до параметрів процесу кування. Зміни температури кування, величини деформації, величини деформації та швидкості охолодження спричинять зміни в структурі та властивостях титанових сплавів. З метою кращого контролю структурних властивостей поковок останніми роками в ковальському виробництві титанових сплавів широко використовуються передові технології кування, такі як гаряче кування та ізотермічне кування.
З підвищенням температури пластичність титанових сплавів зростає. В діапазоні температур 1000-1200 градусів пластичність досягає максимального значення, а допустимий ступінь деформації досягає 70%-80%. Діапазон температур кування титанових сплавів є вузьким і повинен суворо контролюватись відповідно до ( )/температури перетворення (за винятком отворів у злитках), інакше зерна будуть рости бурхливо та зменшувати пластичність при кімнатній температурі; титанові сплави зазвичай між ( ) Кування виконується у фазовій області, оскільки температура кування над ( ) / лінією трансформації є занадто високою, що призведе до утворення крихкої фази. Як початкове кування, так і остаточне кування титанового сплаву повинні бути вищими за ( )/температуру перетворення. Опір деформації титанового сплаву швидко зростає зі збільшенням швидкості деформації, серед яких температура кування має більший вплив на опір деформації титанового сплаву. Тому звичайне кування повинно виконуватися в кувальному пресі з мінімальним охолодженням. Вміст міжвузлевих елементів (таких як O, N, C) також має значний вплив на куваність титанових сплавів.
