С увеличением ресурса деталей из титановых сплавов возрастают требования к качеству исходных полуфабрикатов, прежде всего — к чистоте металла по содержанию вредных примесей. Для титановых сплавов, применяемых в ответственных узлах, именно уровень примесей во многом определяет термическую стабильность и долговечность материала. Ниже рассмотрено влияние чистоты титана на свойства сплавов и современные подходы к её повышению.
Влияние примесей на свойства титановых сплавов
Одной из наиболее вредных примесей в титановых сплавах является кислород. Повышенное содержание кислорода приводит к охрупчиванию материала и снижению его эксплуатационной надёжности. Наиболее ярко отрицательное влияние кислорода проявляется при оценке термической стабильности: чем выше его содержание в сплаве, тем быстрее и при более низкой температуре начинается процесс охрупчивания.
Снижение уровня вредных примесей в титане может сопровождаться некоторым уменьшением прочности, однако этот эффект успешно компенсируется увеличением содержания легирующих элементов в составе сплава.
Повышение жаропрочности за счёт чистоты металла
Дополнительное легирование сплава ВТ3-1, выполненное в связи с повышением чистоты губчатого титана, позволило существенно улучшить его жаропрочные характеристики после изотермического отжига. Так, предел длительной 100-часовой прочности при температуре 400 °С увеличился с 60·Па до 78·Па, а предел ползучести — с 30·Па до 50·Па.
При температуре 450 °С рост прочностных характеристик составил 15% и 65% соответственно. Одновременно с этим было обеспечено заметное повышение термической стабильности сплава.
Современные требования к чистоте титана
В настоящее время при выплавке титановых сплавов ВТ3-1, ВТ8, ВТ6 (Grade 5, Gr.5), ВТ9, ВТ18 и других марок применяется губчатый титан марок ТГ-100 и ТГ-105. Ранее для этих целей использовалась губка ТГ-155–170, обладавшая существенно более высоким уровнем примесей.
Переход на более чистое сырьё позволил снизить содержание кислорода примерно в 2,5 раза, железа — в 3–3,5 раза, а кремния, углерода и азота — в 2 раза. В перспективе дальнейшее повышение качества губчатого титана может привести к снижению твёрдости по Бринеллю до уровня 80–90·Па.
Ограничения по содержанию кислорода
Установлено, что для обеспечения высокой термической стабильности титановых сплавов при рабочих температурах и ресурсе 2000 часов и более содержание кислорода не должно превышать 0,15% для сплава ВТ3-1 и 0,12% для сплавов ВТ8, ВТ9 и ВТ18.
Раздел: Свойства и структура титана.
