Сплавы на основе титана

Категория:
Сварные соединения


Сплавы на основе титана

Сравнительно новые конструкционные материалы — титан и его сплавы — обладают рядом ценных свойств, обусловливающих их применение в авиапромышленности, турбостроении, судостроении, химическом машиностроении и других отраслях производства. Главные достоинства этих материалов заключаются в сочетании высоких механических свойств и коррозионной стойкости с малым удельным весом. Кроме того, для ряда областей применения в промышленности большое значение имеют и некоторые специфические свойства титановых сплавов: возможность получения высоких механических свойств при повышенных температурах, пригодность для работы при очень низких температурах (вплоть до температуры жидкого азота), сравнительно хорошая свариваемость, малый коэффициент линейного расширения, немаг-нитность.

Эти материалы по своим свойствам относятся к группе теплостойких. Практически использование в конструкциях сплавов на основе титана особенно эффективно по сравнению с нержавеющими сталями до 300 — 350 °С, а с алюминиевыми сплавами, — начиная с 200 °С.

Общепризнанным температурным пределом применения большинства современных титановых сплавов в авиационной технике являются температуры порядка 500 °С, а при кратковременных воздействиях высоких температур этот предел может быть еще выше. Изделия, изготовляемые из этих сплавов с помощью сварки, чаще всего представляют собой штампосварные конструкции, выполненные из тонколистовых материалов, — отсеки, элементы обшивки и т. п. Для этого используются или технический титан ВТ1, имеющий прочность до 70 кГ/мм2, или специальные сплавы, имеющие в своем составе в качестве легирующих добавок Al, Sn, Zr, Mn, Mo, Сг, Fe и др.

Легирование титана позволяет получить сплавы, обладающие повышенной прочностью при достаточной пластичности и вязкости. В табл. 10 приведены химический состав и механические свойства некоторых применяемых в отечественной промышленности свариваемых титановых сплавов.

Большинство указанных сплавов обладают весьма высокими технологическими характеристиками: достаточно пластичны, поддаются обработке давлением вхолодную, удовлетворительно свариваются.

Основным обстоятельством, затрудняющим сварку этих материалов, является большая химическая активность титана при высоких температурах по отношению к газам (азоту, кислороду и водороду). В связи с этим необходимым условием получения качественных соединений, особенно при сварке плавлением, является надежная защита от газов воздуха не только сварочной ванны, но и остывающих участков металла шва и околошовной зоны, нагретых до температуры 400 °С.

Дополнительное затруднение при сварке создает также большая склонность титана к росту зерна при нагреве до высоких температур, особенно в области (3-фазы. Для преодоления этого необходимо,]) стремиться вести сварку при минимально возможной погонной энергии. Наиболее частым дефектом сварных швов являются холодные трещины, возникающие при пониженной пластичности шва вследствие загрязнения газами, и поры, причем холодные трещины в швах могут образовываться со временем, после вылеживания сварных изделий. Основным средством предупреждения этого является получение швов, чистых от газов.

Для соединения деталей из титановых сплавов применяются основные методы сварки плавлением (дуговая вольфрамовым электродом в инертном газе, дуговая под флюсом, электрошлаковая) и электроконтактной (ТЭС, РЭС, КСС), а также пайка. При этом необходимым условием, как уже отмечалось, является тщательная защита нагретого металла от взаимодействия с окружающей атмосферой.

При пайке поверхностный слой может быть предохранен от взаимодействия с активными газами несколькими способами: 1) применением специальных флюсов; 2) быстрым нагревом и пайкой в высоком вакууме; 3) пайкой в среде инертных газов (аргон, гелий) высокой чистоты; 4) предварительным облуживанием деталей без доступа воздуха.

Многие флюсы, применяемые для пайки других сплавов, непригодны для титана, так как они взаимодействуют с ним. Для титана и его сплавов рекомендуются флюсы, содержащие, главным образом, хлориды и фториды металлов. Прочность соединений титана, паянных в чистых инертных газах, как правило, больше, чем паянных под флюсом, что определяется лучшей защитой от окисления.

Прочность и пластичность паяных соединений титана зависят от качества слоя твердого раствора или интерметаллидов, образующихся в паяном шве. Толщина такого слоя определяется составом припоя, температурой и временем пайки. Ввиду склонности титана образовывать хрупкие соединения со многими металлами, температура и время пайки должны быть максимально ограничены. Наиболее благоприятные условия в этом отношении создаются при пайке с индукционным или электроконтактным нагревом.

Наиболее исследованным припоем для пайки титана является серебро, а также серебро с добавкой марганца; при этом образуются достаточно прочные и пластичные соединения. Применяются и припои на основе титана с никелем. При пайке такими припоями в швах наблюдается склонность к газовым порам.

Титан и его сплавы могут быть соединены пайкой и с другими металлами. Ввиду склонности титана образовывать хрупкие соединения со многими металлами, рекомендуют предварительно покрывать его поверхность металлами, не склонными к образованию хрупких промежуточных слоев. Для этой же цели используют специальные самофлюсующиеся припои для пайки в инертном газе.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум