Титан и сплавы на его основе: сортамент, свойства, применение
Титан конструкционный материал с уникальным сочетанием высокой удельной прочности, коррозионной стойкости в агрессивных средах и биосовместимости. В промышленности используют технически чистый титан (марки ВТ1-0, ВТ1-00, Grade 14) и легированные сплавы (ВТ6, ВТ3-1, ВТ20, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo). Легирование алюминием, ванадием, молибденом, цирконием и оловом повышает жаропрочность, прочность при сохранении пластичности.
Сортамент титанового проката
Титановый металлопрокат поставляется в следующих формах:
- Лист титановый толщина от 0,3 до 50 мм, ширина до 1500 мм. Применяется в химическом аппаратостроении, авиастроении, судостроении.
- Пруток титановый диаметр от 5 до 300 мм. Используется для изготовления крепежа, валов, осей, деталей компрессоров.
- Труба титановая бесшовные холодно- и горячедеформированные трубы диаметром от 6 до 325 мм, толщина стенки от 0,5 до 30 мм. Применяются в теплообменниках, трубопроводах агрессивных сред.
- Плита титановая толщина от 25 до 200 мм. Используется для изготовления фланцев, корпусов аппаратов, деталей гидроавиации.
- Проволока титановая диаметр от 0,5 до 8 мм. Применяется для сварочных работ, изготовления сеток, пружин.
- Круг титановый горячекатаный и кованый диаметром от 10 до 400 мм. Идёт на производство поковок, колец, шестерён.
Физико-механические характеристики
Титан обладает плотностью около 4,5 г/см, что почти вдвое легче стали. Предел прочности технического титана составляет от 350 до 550 МПа, у сплавов от 800 до 1200 МПа. Температура плавления 1668 C. Модуль упругости 110 ГПа. Теплопроводность низкая (около 17 Вт/(мК)), что требует учёта при проектировании теплообменного оборудования.
| Марка | Предел прочности, МПа | Предел текучести, МПа | Относительное удлинение, % | Температура эксплуатации, C |
|---|---|---|---|---|
| ВТ1-0 | от 350 до 450 | от 250 до 350 | от 20 до 30 | от 196 до +300 |
| ВТ6 (Ti-6Al-4V) | от 900 до 1100 | от 830 до 950 | от 10 до 15 | от 196 до +400 |
| ВТ3-1 | от 950 до 1150 | от 850 до 1000 | от 8 до 12 | от 196 до +500 |
Коррозионная стойкость и химическая инертность
Титан образует на поверхности плотную оксидную плёнку TiO, обеспечивающую пассивное состояние в морской воде, растворах хлоридов, органических кислотах, щелочах. Скорость коррозии в морской воде не превышает 0,001 мм/год. Стойкость к точечной и щелевой коррозии делает титан незаменимым в оборудовании для опреснения воды, химических реакторах, теплообменниках. В средах с фторидами, концентрированной серной кислотой (выше 80%) и плавиковой кислотой коррозия ускоряется.
Применение в промышленности
- Авиа- и ракетостроение обшивка, лонжероны, шпангоуты, диски и лопатки компрессоров газотурбинных двигателей, элементы шасси.
- Химическое машиностроение реакторы, колонны, теплообменники, трубопроводы, насосы, арматура для работы с хлором, кислотами, щелочами.
- Судостроение корпуса глубоководных аппаратов, гребные винты, валы, системы охлаждения.
- Медицина имплантаты (эндопротезы, пластины, винты), хирургические инструменты.
- Энергетика конденсаторы турбин, трубные пучки парогенераторов АЭС, оборудование геотермальных станций.
- Нефтегазовая отрасль оборудование для морских платформ, трубопроводы для транспортировки агрессивных сред.
Технологические особенности обработки
Титан склонен к наклёпу и адгезионному схватыванию с инструментом. Резка выполняется на низких скоростях с обильным охлаждением эмульсией. Сварка в среде аргона высокой чистоты (TIG, MIG, плазменная). Термообработка включает отжиг при температуре от 650 до 800 C для снятия напряжений. Гибка листов возможна при нагреве до 200400 C для сплавов. Пластическая деформация при комнатной температуре ограничена из-за низкого модуля упругости.
Вопросы и ответы
Какие марки титана наиболее востребованы в машиностроении?
Наибольшее распространение получили ВТ1-0 (технический титан для коррозионностойких конструкций) и ВТ6 (Ti-6Al-4V) универсальный сплав для авиационной и медицинской техники. Для высокотемпературных узлов применяют ВТ3-1 и ВТ20.
Как отличить титан от нержавеющей стали?
Титан легче (плотность 4,5 г/см против 7,9 г/см у стали), не магнитится, при искрении даёт белые искры. На поверхности после травления образуется матовый серый оттенок. Химический тест с каплей азотной кислоты не вызывает реакции на титане.
Допустима ли сварка титана с другими металлами?
Прямая сварка титана со сталью или алюминием приводит к образованию хрупких интерметаллидов. Для соединения используют биметаллические переходники (титан-сталь, титан-алюминий), полученные взрывом или прокаткой.
Какой титан используется для изготовления теплообменников?
Для теплообменников применяют трубы из технического титана марок ВТ1-0 и Grade 2. Толщина стенки от 0,5 до 2,0 мм, диаметр от 10 до 50 мм. Сплав обеспечивает стойкость к хлоридному растрескиванию и эрозии.