MATERIALE METALICE IITITANUL SI ALIAJELE CU BAZA TITAN

TITANULprintre cele mai raspandite elemente in scoarta terestra; al 3-lea metal în scoarţa terestră (după Fe şi Al);

relativ rar utilizat datorita tehnologiei de elaborare + raspandire neuniforma a minereului (rutil)

ρ = 4510 kg/m3; ttop = 1668˚C;

λ = 22 W/m K (foarte mic); ρel = 55.4 µΩ cm (20˚C)

sisteme de cristalizare: β (c.v.c.) 1668˚C – 882˚Cα (h.c.) sub 882˚C

TITANULProprietati chimice – metal foarte activ

( intre Mg si Be in seria electrochimica)

Protejat de pelicula oxidica (spontana) – TiO2>>> rezistenta mare la coroziune

Rezistenta la coroziune creste prin protectie anodica (+ alte procedee pt. cresterea grosimii peliculei)

Rezista bine in H2SO4, HNO3, H2S, apa (de mare), atmosfera (inclusiv de clor)

Probleme – ioni ClO3-

Se corodeaza – HCl, HF, 215 – 500˚C cu NaCl sau alte halogenuri

La cald – interactiune intensa cu oxizii refractari (reducator pentru majoritatea) + GAZE

Difuzia gazelor mai intensa in stare β (grosolana) >>> difuzie intergranulara

TITANUL

O: sensibilitate foarte mare a Ti fata de O

deplaseaza superior temperatura de transformare alotropica – ALFAGEN

formeaza „crusta α” la exteriorul pieselor

formeaza solutii solide, oxizi intermediari, …

TITANUL

0.2% O – scade refractaritatea si rezistenta la coroziune (crestere intergranulara)

Pana la 0.5% - creste Rm (x3) (A >15%)

Mecanismul oxidarii: pana la 1000˚C predomina difuzia O; peste – invers (si la coroziune electrochimica)

Pana la 550˚C – oxidarea in aer mai putin intensa decat in oxigen

TITANUL

N: ALFAGEN + „crusta α”

Formeaza solutie solida larga

Peste 600˚C se formeaza in aer TiN (temperatura descompunere 2950˚C)

Creste Rm, duritatea, fragilizeaza

C: Formeaza carburi >>> fragilizare

TITANULH: comportament special – solubilitate 0.18% in Tiα (7.8% at.);

scade mult cu temp.+ formare hidruri metastabile (TiH2) >>> incalzit in vid – rafinare H

(metoda de obtinere de pulberi)

ALIAJELE CU BAZA TITANElemente de aliere: alfagene (Al, Zr, …)

betagene (Mo, V, Nb, Cr, …)

Al: elementul alfagen de bazaformeaza solutii solide si aluminuricreste stabilitatea structurala (α), sudabilitatea, rezistenta la coroziune (~)scade tenacitatea, refractaritatea >>> nu aliaje binare

Mo, V, Nb, Ta: deplaseaza temperatura de tranzitie in jos >>> betagene

au solubilitate nelimitata in β, descompunere la racirese introduc impreuna cu Al pentru

cresterea rezistentei + refractaritatii

Cu: element betagen cu comportament special (diagrama cu eutectoid / Ti2Cu)

>>> temperatura joasa de topire – elaborare in creuzet de grafit

ALIAJELE CU BAZA TITAN

ALIAJELE CU BAZA TITANClasificarea aliajelor de titan:

A. Dupa modul de prelucrare turnatoriedeformare plastica

B. Dupa proprietati (speciale)plasticitate mare + rezistenta medieplasticitate medie + rezistenta marerezistenta mare la coroziunecomportament criogenic bunamorfe, cu memoria formei, superplastice

C. Dupa utilizare constructii sudate, auto / aero, chimie, medicina, …

Diagrama pseudobinara Ti-Al-element betagen

D. Dupa structura

1. α2. cvasi α3. α + β4. cvasi β5. β

ALIAJELE CU BAZA TITAN

ALIAJELE CU BAZA TITAN

Alechiv = Al + 1/3Sn + 1/6Zr + 10(O + 2N + C);

Moechiv = Mo + 0.67V + 0.28Nb + 0.2Ta + 0.4W + 2.5Fe + 1.25Cr + +1.7Mn + 1.25Ni + 1.7Co;

Aliaj α: Alechiv < 8, Moechiv <1; Aliaj cvasi α: Alechiv = 8-10, Moechiv <2; Aliaj α+β: Alechiv = 5-10, Moechiv= 2-8; Aliaj cvasi β: Alechiv < 8, Moechiv = 10-15Aliaj β: Alechiv < 6, Moechiv = 15-30

ALIAJELE CU BAZA TITAN

Faze in aliajele cu baza Ti:

faze stabile: α, β

faze metastabile(la alierea cu elemente care scad temperatura de transformare

>>> scad viteza de transformare)

α’ = martensita hexagonala; proprietatile depind de gradul de suprasaturatie;

α’’ = martensita ortorombica (~); apare la catitate mai mare de elemente betagene;

ω = coerenta cu β;

ALIAJELE CU BAZA TITAN – Aliaje αTi tehnic, Ti-Al-Sn, Ti-Zr, …

Rezistenta mecanica mica, rezistenta maxima la coroziune

Clase de Ti tehnic

Simbol Rp0.2[MPa]

Rm[MPa]

A[%]

Impuritati[%]

Ti – 35 260 350 40 0.08 O; 0.08 Fe

Ti – 45 340 450 30 0.1 O; 0.1 Fe

Ti – 60 530 640 25 0.25 O; 0.2 Fe

TITANUL COMERCIAL PURClasa

de puritateCompoziţie

chimică [%]Stare Rm

[MPa]Rp0.2

[MPa]HB A

[%]E

[GPa]clasa 1 C: max.0.1

Fe: max.0.2H: max.0.015N: max.0.03O: max.0.18Ti: min. 99.5

Deformat 240 170 120 24 105

Recopt(700˚C)

330 240 120 30 100

clasa 2 C: max.0.1Fe: max.0.3

H: max.0.015N: max.0.03O: max.0.25Ti: min.99.2

Deformat 344 275 170 20 105

Recopt(700˚C)

430 340 208 28 102

clasa 3 C: max.0.1Fe: max.0.3

H: max.0.015N: max.0.05O: max.0.35Ti: min.99.1

Deformat 440 377 225 18 105

Recopt(700˚C)

520 450 266 25 104

clasa 4 C: max.0.1Fe: max.0.5

H: max.0.015N: max.0.05O: max.0.4Ti: min.99

Deformat 550 480 265 15 105

Recopt(700˚C)

660 590 265 20 105

ALIAJELE CU BAZA TITAN – Aliaje α

Aliaje industriale: Ti – 5Al – 2.5 Sn; Ti – 5Al – 5Sn; Ti – 5Zr; …

ALIAJELE CU BAZA TITAN – Aliaje cvasi α

Aliaje cvasi α: 3 – 10% β pentru plasticitate; putin influentate de TT

Proprietăţile mecanice ale aliajului Ti-3Al-2.5V

Stare Rm[MPa]

Rp0.2[MPa]

HV A[%]

Recopt în domeniul α

620 500 280 15

Călit din domeniul α+β

620 530 300 20

Recopt în domeniul β

(950˚C)

620 540 300 17

ALIAJELE CU BAZA TITAN – Aliaje α+βCele mai utilizate datorita proprietatilor f. diferite prin TTSunt aliaje Ti-Al-element betagen

Al – creste temperatura de transformare, creste solubilitatea elementelor betageneElementele betagene – elimina fragilitatea, cresc efectul TT

Rezistente mari la cald / tenacitate in conditii criogenice (nu contact gaze lichide !!! )

Cele mai folosite: Ti-Al-V (Ti-6Al-4V = „Universal Titanium”) – V pana la 6%TT: recoacere 700 – 800˚Ccalire 900 – 955˚C; imbatranire 540˚C: Rmmax = 1170MPa; Amax = 10%

Ex. Concorde: 6%Al; 4%Mo; 5%Zr; 1.25%Cu; 0.25%Si (pt. piese cu variatii mari de sectiune)

Rmmax = 1400 MPa

ALIAJELE CU BAZA TITAN – Aliaje α+β

Stare Rm[MPa]

Rp0.2[MPa]

A[%]

E[GPa]

HV

Recopt(700 – 785˚C)

950 880 14 113.8 349

ELI Recopt(700 – 785˚C)

860 790 15 113.8 341

Călit (900-955˚C)+Îmbătrânit(540˚C)

1170 1100 10 114 396

Proprietăţile mecanice ale aliajului Ti-6Al-4V

ALIAJELE CU BAZA TITAN – Aliaje α+βTi-6Al-4V

Turnat(arc electric)

Deformat plastic la cald

Recopt

Calit in apa

ALIAJELE CU BAZA TITAN – Aliaje β

Aliaje β: (industriale) = aliaje α+β avand Ms < 0˚C (pentru favorizarea TT)

Rezistenta si plasticitate >>> se deformeaza plastic prin orice tehnologie

pot atinge cele mai mari rezistente (TT);

ALIAJELE CU BAZA TITAN – Aliaje β

Aliaj BETA – C: Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4MoTT: calire 927 ˚C, imbatranire

T.T E[GPa]

Rp0.2[MPa]

Rm[MPa]

A[%]

Z[%]

Calire+ imb. 16h x 500˚C

94 1065 1130 9 21

Calire+ imb. 16h x 530˚C

96 1140 1220 12 21

Calire+ imb. 16h x 540˚C

106 1085 1165 13 23

Calire+ imb. 1000h x 250˚C

114 - 1180 0 0

ALIAJELE CU BAZA TITAN – Aliaje cvasi βAliaje cvasi β: contin si α pentru rezistenta dupa

calire + imbatranire

Ex: 4 – 6.2 % Al; 2 – 3 % Cr

Recopt (750˚C) Rm = 950-1140 MPa, A = 10-16 %

Calit 835 ˚C + imbatranit 550 ˚C: 20˚C Rm = 1150-1300 MPa

A = 2-6 %

500˚C Rm = 540-610 MPaA = 14%