Характеристики и свойства на титан и материали от титанови сплави
Титанът и титановите сплави имат много отлични свойства, отразени главно в следните аспекти:
1. Висока якост. Титановата сплав има висока якост, нейната якост на опън е 686-1176MPa, а плътността й е само около 60% от стоманата, така че нейната специфична якост е много висока.
2. Висока твърдост. Твърдостта HRC на титановата сплав (отгрято състояние) е 32-38.
3. Нисък модул на еластичност. Еластичният модул на титановата сплав (отгрято състояние) е 1,078×10-1.176×10MPa, което е около половината от това на стоманата и неръждаемата стомана.
4. Отлична работа при високи и ниски температури. При високи температури титановите сплави все още могат да поддържат добри механични свойства, тяхната устойчивост на топлина е много по-висока от тази на алуминиевите сплави и техният температурен диапазон на използване е широк. Понастоящем работната температура на новите топлоустойчиви титанови сплави може да достигне 550-600 градуса; при ниски температури здравината на титановите сплави се подобрява в сравнение с нормалните температури и те имат добра издръжливост. Нискотемпературните титанови сплави все още могат да поддържат добра якост при -253 градуса.
5. Титанът има силна устойчивост на корозия. Във въздух под 550 градуса върху титановата повърхност бързо ще се образува тънък и плътен оксиден филм. Следователно неговата устойчивост на корозия в окислителни среди като атмосфера, морска вода, азотна киселина и сярна киселина, силна основа е по-добра от тази на повечето неръждаеми стомани.
Титановите сплави имат висока якост и твърдост, така че оборудването за обработка трябва да бъде мощно, а формите и режещите инструменти трябва да имат висока якост и твърдост. По време на рязане контактната площ между чипа и наклонената повърхност е малка, а напрежението върху върха на инструмента е голямо. В сравнение със стомана 45, въпреки че силата на рязане на титановата сплав е само 2/3-3/4, контактната площ между чипа и наклонената повърхност е по-малка (само 1/2-2/3 от стомана 45 ), така че инструментът за рязане Напрежението върху острието е голямо и върхът на инструмента или режещият ръб се износват лесно; титановата сплав има голям коефициент на триене и ниска топлопроводимост (съответно само 1/4 и 1/16 от желязото и алуминия); контактът между инструмента и стружката се дължи на неговата. При къса дължина топлината при рязане ще се акумулира в малка зона близо до режещия ръб и няма да се разсейва лесно. Тези фактори правят температурата на рязане на титановата сплав много висока, което води до ускорено износване на инструмента и влияе върху качеството на обработката. Поради ниския модул на еластичност на титановата сплав, детайлът се отскача силно по време на рязане, което може лесно да причини повишено износване на страните на инструмента и деформация на детайла. Титановите сплави са силно химически активни при високи температури и лесно реагират с газообразни примеси като водород и кислород във въздуха. Химическата реакция генерира втвърден слой, който допълнително утежнява износването на инструмента; при рязане с титаниева сплав материалът на детайла се свързва лесно с повърхността на инструмента и заедно с високата температура на рязане, инструментът е склонен към износване чрез дифузия и адхезивно износване.
Титановите сплави имат активни химични свойства и са лесно съвместими с абразиви и се залепват за тях при високи температури, запушват шлифовъчното колело, което води до повишено износване на шлифовъчното колело, намалена производителност на шлайфане и трудност при осигуряване на точност на шлайфане. Износването на шлифовъчното колело също така увеличава контактната площ между шлифовъчното колело и детайла, което води до влошаване на условията за разсейване на топлината и рязко повишаване на температурата в шлифовъчната зона, образувайки голям термичен стрес върху шлифовъчната повърхност, причинявайки локални изгаряния върху детайла и причинявайки пукнатини при шлайфане. Титановата сплав има висока якост и издръжливост, което затруднява отделянето на смилащите стружки по време на смилане, увеличава силата на смилане и съответно увеличава консумацията на енергия за смилане. Титановата сплав има ниска топлопроводимост и малка специфична топлина. Топлинната проводимост е бавна по време на смилане, което води до натрупване на топлина в зоната на смилащата дъга, което води до рязко повишаване на температурата в зоната на смилане.
При екструдиране на титан и титанови сплави са необходими висока температура на екструдиране и висока скорост на екструдиране, за да се предотврати твърде бързото падане на температурата. В същото време времето за контакт между високотемпературната заготовка и матрицата трябва да се съкрати възможно най-много. Следователно матрицата за екструдиране трябва да използва нови топлоустойчиви материали за матрицата и скоростта на транспортиране на заготовката от нагряващата пещ до цилиндъра за екструдиране също трябва да бъде бърза. Тъй като металът лесно се замърсява с газ по време на нагряване и екструдиране, трябва да се вземат и подходящи защитни мерки. По време на екструдирането трябва да се изберат подходящи лубриканти, за да се предотврати прилепването към формата, като екструдиране на кожуха и екструдиране със смазка от стъкло. Поради големия термичен ефект от деформацията на титан и титанови сплави и лошата топлопроводимост, трябва да се обърне специално внимание на предотвратяването на прегряване по време на екструдиране и деформация. Процесът на екструдиране на титанова сплав е по-сложен от този на алуминиева сплав, медна сплав и дори стомана. Това се определя от специалните физични и химични свойства на титановата сплав. По време на конвенционалното горещо обратно екструдиране на титанова сплав температурата на матрицата е ниска, температурата на повърхността на заготовката в контакт с матрицата пада бързо, докато температурата вътре в заготовката се повишава поради топлината на деформация. Поради ниската топлопроводимост на титановата сплав, след като температурата на повърхността спадне, топлината на вътрешната заготовка не може да бъде прехвърлена на повърхността навреме, за да се попълни, и ще се появи повърхностно втвърден слой, което затруднява продължаването на деформацията. В същото време ще се появи голям температурен градиент между повърхностния слой и вътрешния слой. Дори и да може да се формира, е лесно да се предизвика деформация и неравна структура.
Титановите сплави са много чувствителни към параметрите на процеса на коване. Промените в температурата на коване, степента на деформация, степента на деформация и скоростта на охлаждане ще доведат до промени в структурата и свойствата на титановите сплави. За да се контролират по-добре структурните свойства на изковките, през последните години усъвършенстваните технологии за коване като коване с гореща матрица и изотермично коване са широко използвани в производството на коване на титанови сплави.
Пластичността на титановите сплави се увеличава с температурата. В температурния диапазон от 1000-1200 градуса пластичността достига максимална стойност, а допустимата степен на деформация достига 70%-80%. Температурният диапазон на коване на титанови сплави е тесен и трябва да се контролира стриктно в зависимост от ( )/температурата на трансформация (с изключение на отворите на слитъка), в противен случай зърната ще растат бурно и ще намалят пластичността при стайна температура; титановите сплави обикновено са между ( ) Коването се извършва във фазовата област, тъй като температурата на коване над ( )/ линията на трансформация е твърде висока, което ще доведе до генериране на крехка фаза. Както първоначалното коване, така и окончателното коване на титанова сплав трябва да са по-високи от ( )/температурата на трансформация. Устойчивостта на деформация на титановата сплав нараства бързо с увеличаване на скоростта на деформация, сред които температурата на коване има по-голямо влияние върху устойчивостта на деформация на титановата сплав. Следователно конвенционалното коване трябва да се извършва в матрицата за коване с минимално охлаждане. Съдържанието на интерстициални елементи (като O, N, C) също оказва значително влияние върху способността за коване на титановите сплави.
