α-титановый сплав — это титановый сплав, в котором основную фазу составляет α-фаза. Титан (Ti) обладает двумя основными кристаллическими структурами: α-фазой и β-фазой. В зависимости от температуры и химического состава его кристаллическая структура может изменяться.
• α-фаза: Имеет гексагональную плотную упаковку (HCP, Hexagonal Close-Packed Structure), которая обеспечивает высокую прочность, твердость, отличную термостойкость и коррозионную стойкость. α-титановые сплавы обладают высокой стабильностью при высоких температурах и в агрессивных средах.
• β-фаза: Имеет объемно-центрированную кубическую решетку (BCC, Body-Centered Cubic Structure), отличается лучшей пластичностью, но обладает меньшей прочностью при высоких температурах по сравнению с α-фазой.
Элементы, которые преимущественно растворяются в α-фазе, повышают температуру аллотропного превращения и расширяют область α-фазы, называются α-стабилизирующими элементами. К ним относятся замещающие элементы (например, алюминий (Al)) и междоузельные элементы (кислород (O), азот (N), углерод (C)).
Алюминий является основным легирующим элементом титановых сплавов, значительно повышает прочность, улучшает термостойкость и снижает плотность.
Поскольку α-титановые сплавы обладают высокой стабильностью α-фазы, они демонстрируют отличные характеристики при высоких температурах. При комнатной температуре их прочность ниже, чем у β- и α+β-титановых сплавов, но при 500–600°C они обеспечивают наилучшую прочность среди всех типов титановых сплавов.
Кроме того, α-титановые сплавы отличаются стабильностью структуры, высокой термоокислительной стойкостью, хорошей свариваемостью, высокой коррозионной стойкостью и удовлетворительной обрабатываемостью. Они обладают хорошими механическими свойствами при комнатных, низких и высоких температурах. Однако их пластичность ниже, а обрабатываемость давлением несколько ограничена.
Близкие к α-титановые сплавы (Near-α Titanium Alloys)
Эти сплавы содержат небольшое количество β-стабилизирующих элементов (β-Stabilizing Elements), а их отожженная структура при комнатной температуре содержит не более 10% β-фазы или интерметаллидов. К ним относятся:
• Ti-8Al-1Mo-1V — высокотемпературный титановый сплав, разработанный в США. Однако высокое содержание алюминия может привести к коррозии под воздействием горячих солей.
• Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (BT20) — титановый сплав, разработанный в России, аналогичный Ti-8Al-1Mo-1V, но с пониженным содержанием алюминия и добавлением циркония (Zr), что позволяет сохранить термостойкость и улучшить стойкость к коррозии под воздействием горячих солей.
• α+интерметаллидный сплав (Ti-2.5Cu) — IMI230, разработанный в Великобритании.
Применение α-титановых сплавов
α-титановые сплавы широко применяются в химической, нефтехимической и перерабатывающей промышленности, где основное внимание уделяется коррозионной стойкости, технологичности обработки и термостойкости.
