2.2.5. Сверхлегкие магниевые сплавы.

Одним из элементов, входящим в число основных легирующих добавок, является литий. Это щелочной металл серебристо-белого цвета, с ярким металлическим блеском. На воздухе быстро тускнеет, соединяясь с кислородом. Он самый легкий из всех металлов почти вдвое легче воды (плотность 0,54 г/см³). Литий мягок, легко режется ножом. Также как калий и натрий, литий реагирует с водой, образую щелочь LiOH. Но эта реакция протекает более спокойно и литий не воспламеняется, как калий в реакции с водой. Зато он более активно взаимодействует с азотом, углеродом и водородом. Долгое время литий не находил практического применения. Лишь в ХХ веке его стали использовать в производстве аккумуляторов.

С 1977 года на кафедре литейного производства ПГТУ проводились работы по создании сверхлегких магниево-литиевых сплавов для литья под давлением. Из-за высокой окисляемости сплавов получение отливок другими способами литья весьма затруднительно.

2.3. Титановые сплавы

Титан и титановые сплавы относятся к наиболее молодым конструкционным материалам. Промышленное производство титана освоено лишь в середине ХХ века. Основными областями применения титана являются транспортные средства, судостроение, химическое машиностроение, медицина и вакуумная техника.

2.3.1. Состав и свойства чистого титана

Титан имеет высокие температуры плавления 1668 ^оС и кипения 3000 ^оС. При нагревании претерпевает полиморфное превращение при температуре 882 ^оС и, следовательно, имеет две модификации. Низкотемпературный α– титан имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку (а = 0,2951 нм, с = 0,4684 нм, с/а = 1,587). Плотность α- титана равна 4,5 г/см³. Кристаллическая решетка высокотемпературного β– титана кубическая объемно-центрированная с периодом 0,3282 нм. Плотность этой модификации 4,31 г/см³, а плотность в жидком состоянии при температуре плавления 4,1 г/см³.

Титан высокой степени чистоты, содержащий не более 0,05 % примесей является пластичным (δ = 50 – 60 %) металлом со средней прочностью (σ = 220 – 260 МПа). Примеси в титане технической чистоты существенно повышают твердость, прочность и снижают пластичность. Так титан марки Т1-1 (0,3 % примесей) имеет прочность равную 450 – 600 МПа при относительном удлинении 25 %. Прочность некоторых титановых сплавов может достигать 1500 – 2000 МПа. С учетом малой плотности, по удельной прочности (см. табл. ) титановые сплавы при рабочих температурах до 450 – 500 ^оС превосходят все остальные металлические материалы, кроме бериллия.

Титан отличается высокой химической активностью, что затрудняет все технологические переделы, связанные с нагревом и плавлением. Тем не менее, при температурах до 500 ^оС титан обладает высокой коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред. Это связано с образованием на его поверхности плотной оксидной пленки TiO₂, которая обладает защитными свойствами. Титан устойчив в морской воде, разбавленной до 5% серной кислоте, царской водке, уксусной и молочной кислотах, во влажной хлорной атмосфере и ряде других сред. При температурах выше 500 ^оС, окисная пленка растрескивается и теряет защитные свойства. При высоких температурах и особенно в жидком состоянии титан активно взаимодействует со всеми известными веществами, входящими в состав огнеупоров и литейных форм, особенно активно титан взаимодействует с газами: кислородом, водородом, азотом, водяным паром, СО, СО₂ и др.

Металлургия титана отличается тем, что из руды сначала получают титановую губку. Она представляет собой пористый материал серого цвета с плотностью 0,8 – 2,5 г/см³. После переплава в вакуумных печах из губки получают компактные титановые слитки. Титановую губку маркируют буквами ТГ и цифрами, которые обозначают твердость эталонных образцов, выплавленных из губки. Химический состав титановой губки по ГОСТ 17746 – 79 приведен в таблице.

Таблица

Химический состав титановой губки

Марка	НВ, МПа	Содержание примесей, %, не более
		N	C	Cl	Fe	Si	Ni	O2
ТГ-90	90	0,02	0,02	0,08	0,06	0,01	0,05	0,04
ТГ-100	100	0,02	0,03	0,08	0,07	0,02	0,05	0,04
ТГ-110	110	0,02	0,03	0,08	0,09	0,03	0,05	0,06
ТГ-120	120	0,03	0,04	0,10	0,13	0,04	0,05	0,08
ТГ-150	150	0,4	0,05	0,12	0,20	0,04	0,05	0,10

Примеси оказывают существенное влияние на свойства титана и титановых сплавов. Сотые доли кислорода, азота, водорода, углерода и железа резко снижают пластичность и повышают твердость и прочность.

Титан отличается высокой технологичностью при обработке давлением. Из него можно получать все виды деформированных полуфабрикатов: поковки, штамповки, плиты, прутки, профили, трубы, проволоку, ленту и даже фольгу толщиной в десятки миллиметров. Титан хорошо сваривается всеми видами сварки при защите расплавленного металла от взаимодействия с атмосферой. Обработке резанием титан поддается плохо из-за налипания на инструмент.

Высокие показатели механических свойств позволяют использовать чистый титан в качестве конструкционного материала, однако в промышленности преимущество отдают титановым сплавам, которые по своим эксплуатационным свойствам превосходят чистый металл.