Для повышения жаропрочности и ресурса титановых сплавов применяется легирование — целенаправленное введение легирующих элементов в строго заданных количествах. При этом принципиально важно учитывать, при каких условиях эксплуатации и в каких концентрациях такие элементы дают положительный эффект.
Ниже рассмотрены практические примеры того, как легирование используется при выборе титанового сплава под конкретный температурный режим и требования к ресурсу.
Роль легирования в повышении жаропрочности титановых сплавов
Легирование позволяет повысить прочностные характеристики и ресурс титановых сплавов в условиях повышенных температур, особенно в тех случаях, когда эффект упрочнения от термической обработки снижается или полностью исчезает.
Рациональный подбор легирующих элементов требует учёта температурного диапазона работы, длительности нагружения и характера напряжений.
Пример легирования сплава ВТ8 цирконием
В качестве примера рационального легирования можно рассмотреть сплав ВТ8, предназначенный для работы при температурах 450–500 °C. В этом диапазоне температур эффект упрочнения от термической обработки практически снимается.
Для повышения ресурса сплава ВТ8 было применено дополнительное легирование цирконием в количестве 1 %. Такая добавка позволила существенно повысить предел ползучести сплава.
При температуре 500 °C введение 1 % циркония оказалось более эффективным, чем при 450 °C. Предел ползучести сплава ВТ8 увеличился: за 100 часов — на 70 %, за 500 часов — на 90 %, а за 2000 часов — на 100 % (с 13 до 26 Па). При температуре 450 °C рост показателей составил 7 и 27 % соответственно.
Легирование титана на примере сплава ВТ6 (Grade 5)
Одним из наиболее широко применяемых титановых сплавов является Ti-6Al-4V, известный также как ВТ6 или Grade 5 по стандарту ASTM. Его химический состав включает около 6 % алюминия, 4 % ванадия, до 0,25 % железа, до 0,2 % кислорода, остальное — титан.
Сплав ВТ6 относится к (α+β)-классу. Алюминий повышает прочностные и жаропрочные свойства, а ванадий относится к числу немногих легирующих элементов, которые увеличивают не только прочность, но и пластичность титана.
Эксплуатационные свойства и области применения сплава ВТ6
Сплавы системы Ti–Al–V обладают высокой удельной прочностью, низкой чувствительностью к водороду по сравнению со сплавами ОТ4 и ОТ4-1, малой склонностью к солевой коррозии и хорошей технологичностью.
Сплав ВТ6 хорошо деформируется в горячем состоянии и сваривается всеми традиционными методами, включая диффузионную сварку. При электронно-лучевой сварке прочность шва практически равна прочности основного материала, что выгодно отличает его, например, от сплава ВТ22.
ВТ6 (Grade 5) применяется для изготовления листов, лент, фольги, полос, плит, прутков, профилей, труб, поковок и штампованных заготовок, а также сварочной проволоки. Изделия из этого сплава длительно работают при температурах до +400–450 °C, используются в авиационной и аэрокосмической технике, судостроении, химическом и металлургическом оборудовании, а также при изготовлении сосудов, работающих под внутренним давлением в диапазоне температур от −196 до +450 °C.
Раздел: Применение титановых сплавов.
