Понятие о металлах и сплавах

  Как у титана, так и у его сплавов возможно мартенситное превращение при переходе из β- в α-фазу. Этот обратимый процесс может происходить при закалке, низкотемпературном отпуске или деформировании. Если не происходит больше никакого дополнительного процесса превращения, то решетка образовавшегося мартенсита обнаруживает гексагональную структуру пересыщенного α-твердого раствора, параметры решетки которого в значительной мере зависят от атомного радиуса легирующего элемента. 
 

Появление титана в промышленности. 
 

  В 30-е годы ХХ века в Люксембурге  способ восстановления четыреххлористого  титана металлическим магнием исследовал немецкий ученый Вильгельм Кролль. Разработанный метод был им запатентован в США в 1940 году. Специалисты из Горного бюро США остановились на способе Кролля как самом подходящем для промышленного производства титана. Начиная с 1940 года, проводились опыты на установке в Буолдер – Сити (штат Невада) в полупромышленном масштабе.

  С момента своего возникновения производство металлического титана имело исключительно  военную направленность, было вызвано  к жизни нуждами военной техники, ими поддерживалось. Неспроста этот металл в США образно развали „war – baby” – „ дитя войны”. Одним из важнейших потребителей нового промышленного металла должна была стать реактивная авиация, и вскоре после окончания Второй мировой войны исследования способа восстановления металлического титана проводились особенно интенсивно. Можно с полной уверенностью сказать: не будь потребности в подобном материале в военном самолетостроении, титан до сих пор не был бы нам знаком. 18 сентября 1948 года американский химический концерн              „DuPont de Nemour” объявил о начале промышленного производства нового конструкционного материала. Тогда же фирмой „ Rem – crume grue Titanium” промышленный титан был прокатан в листы. Выпуск титана – сырца на рынок в те годы составлял всего 45 кг в сутки, а каждый килограмм металла стоил более 10$. В 1950-е годы и спрос, и производство титана росли невероятно быстро. В течение десяти лет в развитие титановой промышленности правительство США вложило около 200 миллионов долларов, и не меньшую сумму составили вложения частных фирм. В 1957 году выпуск этого металла в США превысил 15000 тонн.

  В середине 1950-х годов около 90% титановой  продукции использовалось для строительства  самолетов и двигателей. Только на газотурбинные двигатели военных самолетов, по различным данным, шло 47 – 60%, а на корпуса военных ракет – 33 – 36,2% общего количества титанового проката. Титановая промышленность США в этот период являлась безусловным мировым лидером, как в технологии, так и по количеству выпускаемой продукции. Первый титановый завод был пущен в 1951 году в городе Гендерсоне (штат Невада). Один за другим вводились в действие титановые предприятия в штатах Делавэр, Мичиган, Тенесси, Огайо. Строительство заводов происходило при непосредственной помощи государства.

  По  темпам роста производства титан  не имеет себе равных среди других промышленных металлов. Только в период реализации „Манхэттенского проекта” в США, когда шли работы по обогащению урана и созданию атомной бомбы, концентрация научной, технической и финансовой поддержке производства  одного-единственного металла достигала такой высокой степени, как это было с титаном. В условиях „холодной войны” это не могло не тревожить руководство Советского Союза. 

ОАО „Корпорация ВСМПО-АВИСМА” ― крупнейший производитель полуфабрикатов из титана и титановых

сплавов в России и в  мире. 
 
 
 

   Титановая продукция производится практически  из всех российских сплавов, а также  из наиболее распространенных зарубежных сплавов, разрабатываются новые  сплавы.

  Традиционно листопрокатное производство на ВСМПО  было представлено двумя цехами: цех  тонколистового проката, специализирующийся на производстве листов из титановых  сплавов с 1955 г, цех производства толстого листа, пущенный в 1968 г. В настоящее  время эти цехи объединены в один листопрокатный комплекс.

  Основная  продукция прокатного комплекса: листы, плиты, рулоны, лента и фольга из титановых сплавов. В прокатном  комплексе работают более 1000 человек, выпускается продукции на 80 млн. долларов США.

  В 1990 году, когда началось вхождение ВСМПО в мировой рынок листов из титана и титановых сплавов стало ясно, что минимальная ширина листов из прочных титановых сплавов пользующаяся спросом на рынке составляет 914,4 мм (36 дюймов по американским стандартам). Выяснилось, что ВСМПО по производству листов из нелегированного титана значительно отстает от конкурентов из-за того, что они применяют для производства листов из нелегированного титана более современное оборудование заводов по производству листов из нержавеющей стали. Выяснилось, что наши отечественные сплавы не нужны зарубежным потребителям. Основной сплав, который используется для авиастроения за рубежом в виде листового материала – это сплав 6Al4V.

  Быстроразвивающееся производство нового конструкционного материала - титана и его сплавов поставило вопрос о широком их внедрении в народное хозяйство. История развития производства титана и его сплавов в нашей стране характеризуется интенсивным проведением широких исследований по разработке и совершенствованию технологии производства полуфабрикатов, созданию нового специализированного оборудования для различных видов обработки, по разработке и промышленному освоению новых сплавов с более высокими эксплуатационными характеристиками.

  Титан и его сплавы имеют два основных преимущества по сравнению с другими конструкционными металлами, а именно: высокую удельную прочность и отличную коррозионную стойкость в самых суровых атмосферных условиях, а также в ряде химических реагентов. В некоторых областях применения немаловажное значение имеют и другие свойства титана, например, немагнитность, высокая температура плавления, малый коэффициент термического расширения, биологическая инертность.

Первыми и главными объектами широкого технического применения титановых сплавов были авиация, ракетостроение и космическая техника. Это те области, где требуется высокая удельная прочность титана. Химическая промышленность, морское судостроение, цветная металлургия, пищевая промышленность ставят на первое место другое свойство титановых сплавов – их коррозионную стойкость, которая оказалась не менее примечательной, чем высокая удельная прочность.

  Использование титана повышает надёжность конструкций  машин и аппаратов, снижает металлоемкость в расчёте на единицу оборудования. Срок эксплуатации техники возрастает в 10-15 раз. Значительно сокращаются объёмы капитальных и текущих ремонтов. Поэтому, несмотря на более высокие первоначальные капиталовложения, применение титана экономически оправдано.

2. Характеристика титановых

сплавов 6Al4V и От4-1. 
 

  В данной курсовой работе представлена технология изготовления листов из сплава 6Al4V по спецификации AMS 4911 и сплава От4-1 по спецификации ГОСТ 22178-76, ОСТ 90218-76. 

  Сплав 6Al4V: 

  Сплав 6Al4V используют для изготовления деталей типа емкостей, работающих под внутренним давлением, а также в самолетостроении и двигателестроении, как сплав высокой прочности для всех полуфабрикатов. Сплав 6Al4V довольно универсальный: иногда его применяют для фасонного литья. Также его используют как сплав для криогенных температур (для хранения жидкого азота, водорода).

  Сплав 6Al4V относится к титановым α+β сплавам системы Ti-A1-V и является двухфазным сплавом с наличием как α фазы, так и β фазы. Сплав производят в виде листов, плит, катаных и кованых прутков, поковок, штамповок, прессованных изделий и в зависимости от вида и сечения полуфабрикатов имеет предел прочности 880—1010 МПа.  

  Химический  состав удовлетворяющий  спецификации AMS 4911 (%): 

    Легирующие  компоненты:

           Алюминий                                                             5,50-6,75                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

         Ванадий                                                                  3,50-4,50                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

   Примеси (не более): 

         Железо                                                                    0,30

         Кислород                                                             0,20                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

                Углерод                                                                  0,08