Титановые сплавы обладают рядом преимуществ, в том числе легким весом, высокой прочностью, коррозионной стойкостью, отличными низкотемпературными характеристиками и высокой химической активностью. Кроме того, они обладают хорошей усталостной прочностью, трещиностойкостью, высокой термостойкостью, биосовместимостью, хорошей теплопроводностью и немагнитными свойствами. Различные комбинации титановых сплавов могут отвечать различным требованиям применения, что приводит к их широкому использованию в аэрокосмической, автомобильной, медицинской, химической и других отраслях промышленности.
Эксплуатационные преимущества титановых сплавов:
Исключительная сила
Титановые сплавы имеют плотность около 4,5 г/см3, что составляет всего 60% стали. Чистый титан обладает прочностью, сравнимой с прочностью обычной стали, а некоторые высокопрочные титановые сплавы превосходят по прочности многие листы легированной конструкционной стали. Следовательно, титановые сплавы обладают высокой удельной прочностью (соотношение прочность/плотность), что делает их идеальными для легких деталей с высокой удельной прочностью, жесткостью и долговечностью. Эти сплавы находят применение в компонентах двигателей, каркасах, обшивках, крепежных элементах и шасси.
Превосходное термическое сопротивление
Титановые сплавы выдерживают более высокие температуры, чем алюминиевые сплавы, сохраняя свою прочность даже при повышенных температурах. Некоторые титановые сплавы могут работать в течение длительного времени при температурах от 450-500 градусов, демонстрируя высокую удельную прочность в диапазоне температур 150 градусов -500 градусов. Напротив, у алюминиевых сплавов наблюдается значительное снижение удельной прочности при температуре 150 градусов. При максимальной рабочей температуре 500 градусов титановые сплавы превосходят алюминиевые сплавы, у которых предел ниже 200 градусов.
Отличная коррозионная стойкость
При работе во влажной атмосфере или морской воде титановые сплавы демонстрируют превосходную коррозионную стойкость по сравнению с нержавеющей сталью. Они демонстрируют замечательную устойчивость к точечной коррозии, кислотной коррозии и коррозии под напряжением. Титановые сплавы также обладают превосходной стойкостью к щелочам, хлоридам, хлорированным органическим веществам, азотной и серной кислоте. Однако они обладают ограниченной устойчивостью к восстановителям, кислороду и средам солей хрома.
Впечатляющие характеристики при низких температурах
Титановые сплавы сохраняют механические характеристики при экстремально низких и сверхнизких температурах. Некоторые титановые сплавы, такие как ТА7, демонстрируют хорошие низкотемпературные характеристики и сохраняют определенный уровень пластичности при -253 степени. Таким образом, титановые сплавы являются важнейшими конструкционными материалами для применения в низкотемпературных средах.
Высокая химическая реактивность
Титан обладает значительной химической активностью, легко вступая в химические реакции с такими элементами, как кислород, азот, водород, окись углерода, диоксид углерода, водяной пар и газообразный аммиак. Например, титановые сплавы с содержанием углерода, превышающим {{0}},2%, образуют твердый карбид титана (TiC). При более высоких температурах титан реагирует с азотом, образуя твердый поверхностный слой нитрида титана (TiN). Титан поглощает кислород при температуре выше 600 градусов, образуя упрочняющий слой высокой твердости. Увеличение содержания водорода приводит к образованию слоя охрупчивания. Абсорбированные газы могут создать твердый и хрупкий поверхностный слой толщиной 0,1-0,15 мм, что приводит к увеличению трения, адгезии и износа контактирующих поверхностей.
Низкая теплопроводность и модуль упругости
Титановые сплавы обладают более низкой теплопроводностью по сравнению с никелем, железом и алюминием. Теплопроводность изделий из титановых сплавов составляет примерно 1/4 никеля, 1/5 железа и 1/14 алюминия. Кроме того, теплопроводность различных титановых сплавов примерно на 50% ниже, чем у чистого титана. Модуль упругости титановых сплавов примерно вдвое меньше, чем у стали, что приводит к меньшей жесткости. Следовательно, титановые сплавы подвержены деформации и непригодны для изготовления тонких стержней или тонкостенных деталей. В процессе резания титановые сплавы демонстрируют более высокий объем поверхностного отскока по сравнению с нержавеющей сталью, что приводит к увеличению трения, адгезии и износа поверхности инструмента.
