Получение компактного (ковкого) титана

Для получения компактных слитков титана губку плавят в вакуумных электродуговых печах во избежание взаимодействия титана с воздухом. Материал тигля также может загрязнить титан, поэтому плавку ведут в медной водоохлаждаемой изложнице. Затвердевая около холодных стенок, титан не сплавляется с медью. Наличие вакуума не только предохраняет титан от окисления, но и способствует очистке титана от поглощенных губкой примесей водорода, магния, хлористого магния и др.

Переплав обычно ведут с использованием расходуемого электрода, спрессованного из губки.

Для получения сплавов титана с Al, Mo, V, Cr и другими металлами легирующие добавки примешивают к губке, поступающей на изготовление электродов для первой плавки.

Для получения чистого металла или сплава с равномерным распределением легирующих добавок слиток переплавляют 2–3 раза, используя его в качестве расходуемого электрода.

При плавке в вакууме большая часть выделяющегося из расплава водорода удаляется вакуумными насосами прежде, чем она успевает снова раствориться в металле слитка. Однако, и при такой плавке невозможно полное удаление водорода из титана.

Более чистый титан можно получить способом электроннолучевой плавки в вакууме. Получаемый этим способом металл обладает высокими физико-механическими свойствами, так как он лучше очищается от O2, N2, H2 и других вредных летучих примесей.

Нелегированный титан хорошо поддается всем видам обработки давлением как в горячем состоянии, так и при комнатной температуре. Температура ковки слитков 1000–750∘C, а предварительно деформированных заготовок 950–700∘C.

Нелегированный титан хорошо сваривается дуговой сваркой в среде нейтральных газов и всеми видами контактной сварки.

Обработка резанием удовлетворительная, требующая применения твердосплавного инструмента.

Сплавы титана

Абсолютно чистый титан получают только в лабораторных условиях. Так что под чистым титаном в отличие от химически чистого титана подразумевают технически чистый титан.

Помимо уникальных качеств у чистого титана есть и недостатки. Главный – его высокая стоимость. Он в 3 раза дороже стали, в 3,5 раза дороже алюминия. У чистого титана немного более низкие по сравнению с лучшими сортами легированных сталей значения модулей упругости и ползучести, он может терять прочность при высоких температурах, склонен к абразивному износу, плохо работает на резьбовых соединениях. Все эти недостатки снижают возможность применения чистого титана в промышленных масштабах.

Однако практически все недостатки чистого титана устраняются при легировании его различными металлами и создания сплавов.

Титановые сплавы – это, может быть самые совершенные материалы, которыми располагает современная техника. Прочность некоторых титановых сплавов в два – три раза выше прочности чистого титана. Они превосходят все другие распространенные сплавы по такому важному показателю, как удельная прочность (отношение прочностной величины к плотности материала). Поэтому основную роль в современном машиностроении играют титановые сплавы, а не чистый титан.

Получение сплавов на основе титана с добавками других металлов (легирующих элементов) существенно расширяет область их применения по отношению к чистому титану, позволяет добиться нужных физических, механических и технологических свойств.

Важной особенностью титановых сплавов является то, что они поддаются упрочняющей термической обработке.

Основными легирующими элементами в титановых сплавах служат Al, Mo, V, Mn, Cr, Sn, Fe, Zr, Nb, причем место каждого элемента в этом перечне соответствует его важности и масштабу применения в качестве легирующей добавки к титану.

Почти все титановые сплавы содержат в своем составе алюминий, а примерно половина всех сплавов – молибден или ванадий или оба эти элемента.

При рассмотрении титановых сплавов следует иметь в виду, что титан молодой конструкционный материал и номенклатура титановых сплавов находится в развитии и по количеству и разнообразию существенно уступает номенклатуре железных, медных и алюминиевых сплавов.

В настоящее время находят применение более 30 различных сплавов титана с другими металлами, удовлетворяющих практически любы техническим требованиям. Это пластичные сплавы с низкой прочностью и рабочей температурой 100–200∘C, конструкционные сплавы с повышенной прочностью и рабочей температурой 300–450∘C, высокопрочные коррозионно-стойкие и жаропрочные сплавы с рабочей температурой 600–700∘C и многие другие.

Технический титан и его сплавы выпускаются в виде листов, плит, полос, лент, фольги, прутков, проволоки, труб, поковок и штамповок. Эти полуфабрикаты являются исходным материалом для изготовления из титана и его сплавов различных изделий.