Примеси оказывают существенное влияние на свойства титана и титановых сплавов, особенно на их пластичность, жаропрочность и термическую стабильность. При проектировании и производстве ответственных изделий влияние примесей должно учитываться наравне с легированием.
Общая роль примесей в титановых сплавах
Кислород и азот, образующие с титаном твердые растворы внедрения и металлидные фазы, существенно снижают пластичность титана и относятся к числу наиболее вредных примесей. Помимо них отрицательное влияние на пластичность оказывают углерод, железо и кремний.
Совокупное действие этих элементов настолько значительно, что их содержание строго нормируется в техническом титане и обязательно учитывается при расчёте шихты для получения заданных механических свойств.
Влияние кислорода, азота и углерода
Азот, кислород и углерод повышают температуру аллотропического превращения титана, тогда как железо и кремний, напротив, понижают её. В результате технический титан претерпевает аллотропическое превращение не при фиксированной температуре 882 °C, а в определённом температурном интервале.
Например, при суммарном содержании кислорода и азота не более 0,15 % интервал аллотропического превращения может составлять 865–920 °C. Именно различие в содержании этих примесей лежит в основе подразделения губчатого титана на сорта по твёрдости.
С точки зрения обеспечения максимальной жаропрочности и термической стабильности титановых сплавов кислород, азот и углерод следует считать вредными примесями. Дополнительное упрочнение, которое они обеспечивают, не компенсирует резкого снижения сопротивления ползучести, ударной вязкости и долговременной стабильности свойств.
Влияние железа и кремния
Железо и кремний также оказывают влияние на свойства титана, однако их роль несколько отличается от интерстициальных примесей. Эти элементы понижают температуру аллотропического превращения титана и в ряде случаев могут использоваться в ограниченных количествах.
Тем не менее при создании жаропрочных и высоколегированных титановых сплавов содержание железа и кремния также стремятся минимизировать, поскольку их присутствие негативно сказывается на термической стабильности материала.
Взаимодействие титана с газами при повышенных температурах
При рассмотрении титана как основы для жаропрочных сплавов необходимо учитывать его высокую химическую активность по отношению к атмосферным газам и водороду.
Активированная поверхность титана способна поглощать водород уже при комнатной температуре, а при 300 °C скорость наводороживания резко возрастает. Окисная плёнка на поверхности титана в нормальных условиях эффективно защищает металл от проникновения водорода.
В случае наводороживания титановых изделий, например при неправильном травлении, водород может быть удалён вакуумным отжигом. При температурах выше 600 °C титан активно взаимодействует с кислородом, а при температурах свыше 700 °C — с азотом.
Раздел: Свойства и структура титана.
