Главным отрицательным свойством титана яв­ляется его способность активно взаимодействовать при повышенных температурах с газами.

Кислород. При комнатной температуре титан весьма устойчив против окисления, но при высоких температурах кислород леї ко растворяется как в сс-титане, так и Р-ти - тане, образуя твердые растворы, что приводит к повыше­нию температуры а p-превращения, резкому повы­шению прочности н снижению пластичности (рис. 156, а).

Титан в чистом кислороде сгорает с образованием оксида титана (IV) ТЮ2, а при нагреве тигана на воздухе оксид титана (IV) образуется уже при температуре 450 °С. Реакция образования оксида титана (IV) необратимая и протекает с выделением большого количества теплоты:

Ті + <Э2 =** ТЮ2 + Q. (154)

При длительном воздействии кислорода на титан, нагретый выше 450 СС, на его поверхности образуется слой окалины, состоящий из оксида титана (IV); в ряде случаев под окалиной образуется твердый хрупкий слой титана, насыщенный кислородом, с твердостью, в два раза превышающей твердость самого титана.

В связи с тем, что кислород стабилизирует а-фазу, указанный слой называется альфированным слоем; он располагается в виде непревращенной a-фазы на поверх­ности металла. Альфированный слой на поверхности сва­риваемых деталей служит источником кислорода при сварке, а на поверхности сварных соединений — причи­ной образования трещин в шве. Поэтому содержание кис­лорода в титановых сплавах, предназначенных для сварки, строго ограничивается и должно быть не более 0,15 % (рис. 156, а).

Азот. По эффективности воздействия на титан азот является более энергичным элементом, чем кислород, и резко повышает прочностные свойства, понижая пла­стические (рис. 156, б). Вследствие высокого химического сродства к азоту титан является единственным элементом, который горнт в азоте. При температуре выше 800 °С происходит необратимая химическая реакция с образова­нием нитрида титана:

Ті + 1/2N2 = TiN + Q. (155)

Температура плавлення нитрида титана 2950 °С. Азот в титане находится в виде твердого раствора и нитридов. Образованию твердого раствора способствует процесс диссоциации азота под действием теплоты сварочной дуги, при котором образуется атомарный азот, проявля­ющий более высокую активность к титану. Установлено, что даже небольшие примеси азота в титане способствуют образованию игольчатой а'-фазы; все сплавы титана с азо­том способны подвергаться упрочняющей термической обработке; алюминий, марганец, молибден и особенно кислород понижают усвоение азота сварочной ванной.

Максимальное допустимое содержание азота в титано­вых сплавах 0,04—0,05 % (рис. 156, б).

Водород. Вредное влияние водорода в титане прояв­ляется даже при небольшом его содержании. Он оказывает сильное охрупчивающее действие на титан, усиливая при этом охрупчивающее действие кислорода и азота.

Растворимость водорода в титане чрезвычайно велика и превосходит растворимость его в стали в десятки тысяч раз. Способность титана поглощать столь большое коли­чество водорода объясняется тем, что наряду с образова­нием твердого раствора внедрения с титаном при содер-

жании в титане более 0,18 % водорода образуется новая низкотемпературная у-фаза (гидрид титана TiH2).

При нагреве сплава склонность титана к образованию гидрида падает, происходит растворение гидрида титана, в связи с чем наблюдается восстановление ударной вяз­кости, особенно в сплавах с повышенным содержанием водорода (рис. 157). Гидриды титана располагаются внутри зерен и по их границам, имеют больший объем, что и вы­зывает появление трещин в местах их выделения.

Водород является также одним из основных источников образования пор при сварке титана и его сплавов. Поэтому для сварки следует применять сплавы, содержащие ми­нимальное количество водорода, а электродную проволоку нужно подвергать вакуумному отжигу. Содержание во­дорода в титане допускается в тех количествах, при кото­рых не происходит заметного ухудшения механических свойств металла. В связи с этим в титановых сплавах содержание водорода допускается не выше 0,010 %.

Углерод. Углерод является одной из таких примесей, повышение содержания которой вызывает понижение пла­стичности титана и его сплавов. Это имеет место потому, что растворимость углерода в титане невелика и при тем­
пературе 900 °С составляет 0,28 %, а в а-титане раство­римость углерода в 5 раз меньше. Вследствие малой раство­римости углерода содержание его в титане в количестве нескольких десятых процента приводит к выделению карбидов и заметному повышению прочности и понижению пластичности (см. рис. 156, в).