Titanul Aliajele Sale

8/16/2019 Titanul Aliajele Sale

1/15

TITANUL


2/15

Generalitati

Titanul face parte din subgrupa a patra a sistemului lui Mendeleev impreuna cu thoriul, hafniul si zirconiul, avand numarul de ordine 22 si o greutata atomica de 4 ,!"# $esi esteunul din cele mai raspandite elemente in scoarta terestra , mult timp a fost putin studiat,considerandu%se ca este un metal dur si casant si ca nu poate fi utilizat in tenica decat incalitate de dezo&idant#

A fost gasit in ' (( sub forma de bio&id si s%a e&tras sub forma unei pulberi in '(2)impurificata cu nitrura,iar pentru a obtine un metal de puritate corespunzatoare a trebuit satreaca '"" de ani pana in '!2)#

Literatura de specialitate a inceput sa se ocupe e&cesiv de mult de titan si alia*ele saleabia din anul '!4", cand sunt comuniocate rezultatele obtinute la prelucrarea titanuluimaleabil ,e&tras prin descompunerea iodurii#Ulterior, s%a raspandit pe scara industriala metodareduceri magneziotermice a tetraclorurii in atmosfera neutral sau in vid ,realizandu%se buretelede titatn care aliat cu alte metale si elaborate in cuptoare elecrtice cu vid cu electroziconsumabili a dat posibilitatea realizari alia*elor acestui metal+' #

Titanul este unul dintre principali componenti ai scoartei panantului adica in procentde -" .#datorita dificultatilor procurari acestuia din minereuri a fost considerat un metal rar#

/uloarea tiatnului este alba argintie ,prezinta rezistenta la rupere intre )"" si ((" M0a,are temperature de topire de '11( /si temperature de fierbere de -"2 /, greutatea estespecifica titanului 4,) 3 '" la - g pe m la a - ,alunigirea este cuprinsa intre 4 si 2( .siduritatea de '("%21" 56#

La incalzire titanul se dilate de 2,) ori mai putin decat aluminiul,iar rezistivitatea saelectrica este de ) ori mai mare decat cea a fierului si de 2" de ori decat cea a aluminiului#

Titanul prezinta doua stari alotropice#Ti7 stabil pana la ((2 / si Ti8 stabil de laaceasta temperature pana la temperature de topire#Titanul prezinta o transformare similaracelei martensitice fiind tratat termic datorita transformari alotropice# 0rin calire la temperaturesuperioare temperaturii de transformare alotropica se obtine o structura fina acicularaasemanatoare cu martensita, iar dupa revenire inalta la temperature imediat sub punctualalotropic structura se globulizeaza#

Influenţa elementelor de aliere asupra proprietăţilor titanului9irconul :i hafniul ; metale asemntru%cCt ele fac parte dingrupa a )%a a sistemului lui Mendeleev, iar diamentrele atomilor lor difer< de cel al titanuluicu mai pu=in de '"#####')., avCnd re=ea cristalin< izomof< cu faza 8# Dpre deosebire de ziconiu:i hafniu, solubilitatea lor 7Ti este limitat< ca urmare a deferen=elor >n construc=ia re=elelor cristaline#

2


3/15

La cn domeniul 8 se paote fi&a aceast< structur< >n propor=ie de '"". >n alia*e binare care con=in '". Mo, ').E, -1.Nb, 1".Ta# $ac< aceste elemente sunt adncantitn timpul cn faza7?# $ac< >ns< cmbun


4/15

E, .masice Ta, . atomice

E, . atomice Ta, . masice b d Hig# '#2 $iagrama de echilibru a sistemelorG a ; titan%olibden b ; titan%vanadiu c ; titan%niobiu d ; titan%tantal

/romul fiind izomorf cu 8Ti formeaza seria continua de solutii solide fig# '#-B#Doluibilitatea lui 7Ti este mica sub "#).B, iar faza sufera o transformare eutectoida cusepararea fazei 7 si acompusului intermetalic Ti/r2#

0rin calire domeniul 8 in alia*ele care contin peste . /r se poate fi&a aceastafaza#$escompunerea ei eutectoida se produce la incalzirea indelungata a alia*ului calit indomeniul de temperature -)" / ; temperature de transformare#

Alia*ele pe baza sistemului Ti ; /r sunt caracterizate prin proprietati mecanice foarte bune, cromul fiind considerat alaturi de molibden ca cel mai bun element de aliere# In ultimultimp, insemnetatea lui s%a redus deoarece se constata aparitia fragilitatii datorita transformariieutectoide#

Manganul, fierul, cobaltul, nichelul, staniul, magneziul, aurul, paldiul, argintul sdisisciliul formeaza cu titanul diagrame de echilibru cu reactii eutectice si eutectoide fig# '#4 a, b, c,d, e, f, g, h, i, *B#

$intre aceste elemente, manganul are cea mai mare importanta, intru%cat este accesibilsi ieftin# Dimilar cromului el poate inlocui elementele din grupa 8 stabilizatoare, intr%o serie dealia*e# Eiteza dedesfasurare a reactiei eutectoide este mult mai mica decat in cazul alia*elor cucrom, ceea ce limiteaza aparitia fragilitatii#

Hierul ; urmatorul element de aliere important dupa mangan se foloseste ca si cromulin alia*e de titan comple&e avand influenta pozitiva asupra caracteristicilor mecanice#

Alia*ele sistemului Ti ; /u au fost studiate din punctual de vedere al particularitatii

structurii si al posibilitatii durificarii prin tratament termic# La aceste alia*e, nu este posibil sa

4


5/15

ses fi&eze faza 8 prin calire, ele avand la temperature mediului ambient o structura 7 si ooarecare cantitate de faza intermetalica#

Influenta staniului asupra proprietatilor titanului a fost studiata de diversi cercetatori# Nu e&ista o parere asupra constructiei diagramei de echilibru, /ele mai recente lucrari indicaformarea unui eutectoid# De constata o diferenta neinsemnata inte temperature reactiei

eutectoide si temperature de tranformare alotropica ' /B, precum si intre continutul solutieisolide saturate 7 si cancentratia eutectoidului '. atB#Dtaniul este unul dintre cele mai bune lemente de aliere pentru ali*ele 7# In cocentratii

mari peste '" .B, are o comportare asemanatoare cu a cuprului formand alia*e cu compusiintermetalici#

Mecanismul transformarii eutectoide in sistemul Ti ; Dn a fost putin studiat, deoarecefaza 8 nu se fi&eaza prin calire, iar temperature transformarii eutectoide este inalta (1) /B sise poate presupune ca viteza reactiei este foarte mare#

Hig# '#-# $iagrama de echilibrua sistemului titan % cromArgintul are solubilitate destul de mare in titanul 7 ma&imum '2#) . la ("" /B,

putand forma faze intermetalice cu plasmacitate mare, fapt ce determina ca alia*ele din acestsistem sa fie utilizate in calitate de materiale metalice de lipit#

Adaosul de siliciu de odinul zecimilor de procenteB conduce la cresterea refractaritatiialia*elor de tiatn in special cele cu structura 7&8# Aceasta actiune favorabila a siliciului see&plica prin aparitia in structura a siliciurilor de titan sau a elementelor de aliere#

6orul, ceriul, lantanul si scandiul formeaza cu titanul sisteme binare, a caror diagramade stare prezinta eutect si reactii teritectice fig# '#) a, b, c, dB# Dingurul folosit pana in presenti* structura alia*elor de titan este borul care favorizeaza finisarea structurii# /elelalte au fostfolosite sub forma de mischmetal, el contribuind la realizarea unor materiale pe baza de titancu refractaritate inalta#

Aluminiul este unul dintre putinele elemente de aliere care conduc la crestereatemperratirii de transformare alotropica a titanului#

)


6/15

1


7/15

c

d


8/15

Hig# '#4 $iagramele de echilibru ale sistemelor a ; mangan ; titan b ; fier % titan c ; cobalt ; titan d ; titan % staniu

Mg, .masice f Au, .atomice

Au, .masiceg

0d, .atomice

0d, .masice

(


9/15

h Ag, .atomice

Ag, .masice i Ti, .masice

Ti,.atomice *

!


10/15

6, .atomice /e, .masice La, .masice a b c

Dc, .masice d Hig# ' #) $iagramele de echilibru ale sistemelorG

a ; titan % bor b ; titan ; ceriu c ; titan ; lantan d ; titan ; scandiu

Hig '#1 $iagrama de echilibru a sistemului aluminiu ; titan+'

ALIAJK 0K 6A9A $K TITAN

Titanul constituie in present unul din metalele foarte utilizate ca baza pentru obtinereade materiale metalice cu proprietati deosebite# 0oliformismul, capacitatea buna de aliere cumulte elemente din sistemul lui Mendeleev, formarea unui domeniu larg de solute solide saufaze intermetalice cu solubilitate variata,temperaturainalta de topire si o e&celenta rezistenta la

'"


11/15

coroziune creeaza conditi favorabile pentru a realize o diversitate vasta de structuri si proprietati#+' #

/lasificarea alia*elor de Titan$upa microstructura alia*ele de titan sunr monofazice si difazice #Klementele de aliere

maresc sau coboara temperatura transformari de faza 78, facand astfel sa varieze atatdomeniul 7 cat si domeniul 8 al alia*ului#Astfel se deosebescG

aB elemente 7%gene Al, ,N,6,/ B bB elemente 8%gene izomorfe E,Mo,Ta B care maresc domeniul 8cB elemente izomorfe neutre 9n,Dn B care nu modifica nici un domeniu+- #/lasificarea alia*elor de titan folosite in practica se poate face avand la baza mai multe

criteriG modul de prelucrare, proprietatie in special rezistenta la rupereB,structura sidomeniile de utilizare#

aB $upa modul de prelucrare alia*ele de titan se impart in doua mari categoriGalia*edeformabile si alia*e pentru turnatorii#Dpre deosebire de alte metale in cazul alia*elor pe bazade titan nu e&ista deosebiri esentiale intre compozitiile acelor doua tipuri de materiale

bB $upa proprietati se impart in alia*e cu plasticitate mare si rezistenta medie, suficientde plastice si cu rezistenta mare, cu rezistenta fosrte buna la coroziune,cu proprietati mecanicedeosebite la temperature sub " /, super plastice, supraconductoare, amorfe, cu memorie etc#

cB $upa domeniile de utilizare , aceste materiale metalice pot fi grupate in urmatoarelecategoriG alia*e pentru constructi sudate,alia*e utilizate in constructia de autovehicule, aviatie,tehnica spatiala, industria chimica, navala, in criogenie si cu destinati speciale#

dB $upa structura alia*ele se impart in trei categoriG 7 elementele de aliere se dizolvain 7 titanB 8 elementele de aliere determina stabilizarea acestei structuri la temperaturemediului ambientB si 7F8 bifaziceB la randul lor,alia*ele bifazice se impart in treisubgrupeGalia*e bifazice tipice, pseudo 7 si pseudo 8#/ele pseudo 7 sunt alia*e 7 care contin instructura cantitati mici de faza 8 - '".B# Kle isi pastreaza toate caracteristicile de baza ale

alia*elor 7, dar prezenta fazei 8 contribuie la imbunatatirea propietatilor tehnologice simecanice# Alia*ele pseudo 8 sunt alia*e 8 care contin in structura cantitati mici de faza 7 careindeplineste rolul de durificator in procesul de calire si imbatranire#+'

Alia*e cu propietati speciale

In aceaasta categorie pot fi incluse toate materialele metalice pe baza de titan care aularga utilizare in tehnologiile de varf printe care se pot amintiG alia*e supra conductoare, alia*edestinate industriei electronice, alia*e super plastice, alia*e amorfe, alia*e cu memorie#

Alia*ele cu memorie sunt materiale metalice care in anumite conditii au proprietatea dea%si modifica dimensiunile# $upa suprimarea factorilor e&terni au capacitatea de a reveni laforma initiala

Alia*ele superplastice sint materialele metalice care in anumite domenii de temperaturiau valori pentru alungiri mai mari de '"".# Aceste materiale metalice permit, daca prelucrarea se efectueaza la o temperatura inclusa in acest domeniu sa se obtina prin modelare produse cu configuratie e&trem de variata# In aceasta categorie pot fi incluse alia*ele de Ti custructura 7 si 7F8, doua fiind compozitiile mai studiateG 1.Al, 4.H la !)" /, respectiv).Al, 2,).Dn, rest la . Ti la !"" /#

Alia*ele supraconductoare, sunt materiale care la temperaturi scazute devinsupraconductoare#

Alia*ele amorfe sunt materiale metalice cu o structura amorfa sticla metalicaB, care seobtin prin viteze de racire cu propieetati deosebite, in special cea ce priveste capacitatea deconcentrare a surselor de lumina# Aceste alia*e au gasit de*a aplicatii in industria electronica, pentru depuneri de straturi subtiri in bateriile solare#+4

''


12/15

Eiteza de o&idare a titanului si a alia*elor de titan

Titanul si alia*ele sale sunt incluse in grupa metalelor care asemenea zincului formeaza

ca strat de o&id un semiconductor de tip On?# Dtudiul efectului atmosferei gazoase prezinta oinsemnatate deosebita deoarece titanul are o mare capacitate de a dizolva gaze in special 52,2, N2#

Dolubilitatea gazelor in titan limiteaza folosirea titanului si a alia*elor de titan latemperature mai mari daca nu se iau masuri speciale pentru diminuarea efectelor nedorite,cum ar fi cresterea in duritate si descresterea ductilitati#+-

Influenta tratamentului termomecanic asupra microstructurii siproprietatilor aliajelor de Ti

Inginerii constructori includ alia*ele de titan in categoria alia*elor cu un comportamentneadecvat din punctul lor de vedere, datorita variatilor foarte mari ale caracteristicilor sicomportamentale ale semifabricatelor supuse unui regim de for*are sau tratament termicidentic# Aceste variatii apar deoarece proprietatile alia*elor de titan sunt foarte sensibile lacaracteristici precum te&tura, marimea de graunte, transformarea fazei 8#

Matritarea se poate efectua numai in domeniul monofazic 8, sau 7, sau in cel bifazic7F8B, sau deoarece temperatura de matritare nu se mentine de regula la acelasi nivelB in

diferite domenii fazice corespunzatoare diferitelor etape ale procesului de matritare# $eoarecetratamentul termic ulterior poate fi efectuat in orice domeniu fazic indicat, potential, se poateaplica un numar mare de regimuri de tratamente termimecanice#

Insa de%a lungul diferitelor etape de tratament termomecanic este necesar un controlfoarte riguros, orientat nu numai pentru asigurarea unei uniformitati microstructurale avansatein sectiuni de diferite grosimi, fapt ce va duce implicit la o variatie minima a proprietatilor ali*elor#+) #

Matritare in domeniul β

Matritare in domeniul 8 se poate realiza izoterm, la temperaturi corespunzatoaredomeniului de e&istenta a fazei 8, cu terminarea matritarii in domeniul 7F8B, prin procesul deracire normala din timpul acestei operatii# Astfel, in procesul de matritare din domeniul 8, maimult de ). din comprimare se realizeaza de fapt in domeniul 7F8B#

0rincipalul avanta* al matritarii in domeniul 8 consta in faptul ca procesul dedeformare se poate efectua intr%un interval mai larg de temperaturi decat in cazul matritarii indomeniul 7F8B cand intervalul de temperaturi permisiv pentru matritare este mult mai ingust#Acest avanta* permite efectuare matritarii intr%un numar mai mic de comprimari si reincalziri pentru obtinerea formei finale# In plus datorita unor valori mult mai scazute ale rezistentelor de curgere apare posibilitatea matritarii unor piese cu un adaos de material mult mai mic ledimensiunile finale, deci cu o utilitate economica de material#

Legat de faptul ca la scurgere a fazei 8 este intr%o mare masura sensibila la viteza dedeformare apare avanta*ul posibilitatii de matritare la viteze mici de deformare, proces mailesne de realizat in conditii izoterme, in care piesa poate fi matritat intr%o singura operatie#+) #

'2


13/15

Matritarea in domeniul (α+β)

Matritarea in domeniul 7F8B se poate efectua in stadiile initiale in domeniul 8, dar pentru obtinerea unei struturi bifazice 7F8B omogene este important ca toate zonelesemifabricatului sa fie deformate in acest domeniu, in caz contrar, zonele de metal mort vor avea o microstrutura aciculara caracteristica matritarii sau prelucrarii termice in domeniul 8#In procesul izotermic de matritare in domeniul 7F8B se pot utiliza proprietatile desupraplasticitate ale microstructurii fine 7F8B# Ma*oritatea alia*elor industriale de titan custructura 7F8B pot fi aduse in stare supraplastica prin deformare la cald cu rate mari decomprimare realizata in domeniul 7F8BG astfel, amestecul grosolan de faze stabilizeazadimensiunea de garunte, care, prin recristalizarea ulterioara, se va micsora#

$e e&emplu, pentru cazul alia*ului Ti%1Al%4E s%a aratat ca prin incercarile le intinderecu viteze de deformare de '"%)%'"%- in intervalul de temperaturi !""%!)" /, se atinge marimeacoeficientului de sensibilitate a vitezei de deformare de ",() si alungireaP'""".# +) #

$eterminari e&perimentaleIn prezent se prefera ca in locul titanului tehnic sa se utilizeze alia*e pe baza de titan,

aceasta, deoarece pliorfismul titanului ,solubilitatea buna pe care el o permite pentrunumeroase elemente ,formarea compusilor chimici cu stabilitate variabila permit obtinereaunui numar mare de alia*e cu structuri se proprietati diferite+- #

/ercetarile autorilor s%au efectuat folosind titan metallic de provinienta ruseasca sienglezeasca#

Titanul metallic de provinienta ruseasca are urmatoarele impuritati analizatespectograficG ",'".Al, ",2".He, ",'".Di, ","'.Ni, ","'./u, ","").E, ","2./, ",").N2

,"'!. 2#Titanul englezesc provine de la firma QoodfelloR Metals /ambridgeB, este de puritate!!,". si consta in epruvete de grosime ",2) mm#

0robele de titan utilizate in e&periente au avut forma de placute de dimensiuni-"&')&",-" mm si respectiv '"&'"&",2) mm+- #

'-


14/15

BIBLIOG !"I#

$%&' #la orarea si turnarea aliajelor neferoase specialeMoise Ienciu

etru Moldo*anicolae anait

#ditura ,idactica si eda-o-ica. Bucuresti. %/01

$2&' 3tudiul Materialelor *ol' I IMarioara ! rudeanu#ditura 4ni*ersitati itesti. %///

$5&' O6idarea Titanului si a unor aliaje de Titan3eria 3tudi si 7ercetariMa-dalena Momirlan8iorel Badescu#ditura !-ir Bucuresti. 299%

$:&' Metalur-ie Generala3il*ia 8acuIoan ,ra-omir3anda Oprea#ditura ,idactica si eda-o-ica Bucuresti.

$1&' Metalur-iaoci*in !nna

Ion 7iucau licatia #dituri 3tiintifice "'M' ' nr';


15/15

/U0SIND

=TITANUL# Qeneralitati############################################################

=Influen=a elementelor de aliere asupra propriet

Titanul Aliajele Sale

Documents

Transcript of Titanul Aliajele Sale