Титан имеет две полиморфные модификации: низкотемпературную (до 882оС) − α-Ti, имеющий ГП кристаллическую решетку, и высокотемпературную −β-Ti, который при 900оС имеет ОЦК решетку. Титан легкий, прочный, тугоплавкий, более коррозионностойкий, чем нержавеющие стали, металл. Титан обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии, но плохо обрабатывается резанием. Механические свойства Ti определяются содержанием в нем примесей: чем меньше примесей, тем ниже прочность и выше пластичность.
Воздействие примесей на титан многообразно. Алюминий, кислород, азот повышают температуру полиморфного превращения и расширяют α - область. Молибден, ванадий, марганец, хром, железо понижают температуру полиморфного превращения и расширяют область β -фазы. Марганец, железо, кремний и другие. образуют с титаном металлические соединения (интерметаллиды).
Отличительными особенностями титана и его сплавов являются хорошие механические свойства, малая плотность, высокая удельная прочность, хорошие технологические свойства, отличная коррозионная стойкость, теплостойкость, что предопределяет его применение в различных отраслях промышленности.
К недостаткам титана можно отнести малую жесткость (Е = 100ГПа), низкую теплопроводность (~ 7 % от теплопроводности алюминия), плохую или удовлетворительную обрабатываемость резанием, высокую химическую активность, поэтому плавление, сварку титана необходимо вести в защитной среде или вакууме. В приборостроении благодаря высокому газопоглощению титан нашел применение в качестве геттерного материала.
После охлаждения на воздухе титановые сплавы по полученной структуре подразделяют на три группы: первая группа – α-сплавы; вторая – (α + β)-сплавы; третья – β -сплавы.
Сплавы первой группы ВТ4, ВТ5, ОТ4, ВТ18 в основном легируют алюминием, в некоторых из них содержится Mn, Mo, Si, Sn, Zn. Сплавы отличаются повышенной прочностью при комнатной и повышенных температурах, термически стабильны, обладают пластичностью при содержании Al более 5%. Сплавы термически не упрочняются. Предел прочности составляет sв ~ 650…880МПа, пластичность δ ~ 15…40%.
Сплавы второй группы ВТ6, ВТ8, ВТ14 и другие, содержат алюминий, ванадий, молибден. Они характеризуются более высокой прочностью, которую можно повысить за счет закалки и старения; меньшей склонности к водородной хрупкости. Главный эффект упрочнения сплавов достигается легированием. Механические показатели сплавов: sв ~ 800…1150МПа, δ ~8…15%.
Сплавы третьей группы ВТ3, ВТ22, ВТ15 и другие наиболее пластичны, но менее прочные.
Находят применение порошковые сплавы титана, позволяющие получать готовые детали методами порошковой металлургии, что сокращает расход материала при изготовлении деталей.
Сплавы на основе интерметаллидов титана обладают памятью формы. Эффект памяти формы – это способность сплава устранять в процессе обратного мартенситного превращения деформацию, полученную им после прямого мартенситного превращения (т.е. ту деформацию, которую сплав мартенситной структуры получил в процессе изготовления детали). Обратные мартенситные превращения протекают при температуре 100…120оС. Основу сплавов, обладающих памятью формы, составляет никелид титана (TiNi).
Литейные сплавы титана обозначают добавлением в конце марки буквы Л, например, ВТ5Л, ВТ9Л.
В приборостроении титановые сплавы применяют для изготовления деталей и изделий, длительно работающих при повышенных температурах (300…500оС), в агрессивных средах, а также медицинского инструмента, наружных и внутренних протезов, внутрикостных фиксаторов и других деталей.