Titāna sakausējumu veidi: pakāpes, īpašības un lietojumi
Titāns ir ļoti daudzpusīgs un meklēts - pēc metāla, kas pazīstams ar lielisko izturību - līdz - svara attiecībai, ārkārtas izturības pret koroziju un spēju izturēt augstas temperatūras. Šīs īpašības padara titānu par populāru materiālu dažādās nozarēs, ieskaitot kosmisko, medicīnisko, jūras, automobiļu un ķīmisko apstrādi. Tomēr tīrs titāns ne vienmēr atbilst dažādu lietojumprogrammu īpašajām prasībām. Lai pielāgotu materiāla īpašības, tas bieži tiek liegts ar citiem elementiem, piemēram, alumīniju, vanādiju, molibdēnu un dzelzi. Šīs kombinācijas rada plašu titāna sakausējumu klāstu, katrs ar unikālām īpašībām, kas piemērotas īpašām lietojumprogrammām.
Šajā rakstā mēs izpētīsimGalvenie titāna sakausējumu veidi,parastās pakāpes, viņuGalvenās īpašības, unTipiski lietojumi.
Titāna sakausējumu klasifikācija
Titāna sakausējumi tiek plaši iedalīti trīs galvenajās kategorijās, pamatojoties uz to fāzes kompozīcijām:
1. Alfa () sakausējumi
Alpha sakausējumi satur elementus, kas stabilizē alfa fāzi (piemēram, alumīniju un skābekli), un tie nav - termiski apstrādājami. Šie sakausējumi piedāvā lielisku izturību pret koroziju un labu metināmību. Tos parasti izmanto augstās - temperatūras lietojumprogrammās.
Īpašības:
Laba pretestība šļūdes
Lieliska izturība pret koroziju
Slikta izturība istabas temperatūrā, salīdzinot ar citiem sakausējumiem
Non - Heat Cratturable
Tipiskas lietojumprogrammas:
Gaisa kuģu komponenti
Reaktīvā dzinēja detaļas
Jūras vide
2. Beta () sakausējumi
Beta sakausējumos ietilpst beta - fāzes stabilizējošie elementi, piemēram, molibdēns, vanādijs, niobium un hroms. Šie sakausējumi ir karstums - ārstējams un piedāvā augstu izturību un labu formablitāti.
Īpašības:
Lielas izturības
Laba formējamība un metināmība
Termiski apstrādājams
Mazāka šļūdes pretestība nekā alfa sakausējumi
Tipiskas lietojumprogrammas:
Lidaparāta nolaišanās rīki
Stiprinājumi
Avoti
Medicīniskās ierīces
3. Alfa - beta (-) sakausējumi
Šie sakausējumi satur alfa un beta stabilizatoru maisījumu, kā rezultātā rodas dubultā - fāzes struktūra. Tos var apstrādāt siltums -, lai uzlabotu izturību, vienlaikus saglabājot labu elastības un izturības līdzsvaru.
Īpašības:
Lielas izturības
Laba izturība pret koroziju
Laba izturība pret nogurumu
Termiski apstrādājams
Tipiskas lietojumprogrammas:
Gaisa kuģu struktūras
Motora sastāvdaļas
Jūras aparatūra
Biomedicīnas implanti
Parastās titāna sakausējumu pakāpes
Amerikas testēšanas un materiālu biedrība (ASTM) un citas standarta organizācijas klasificē titāna sakausējumus dažādās klasēs. Zemāk ir dažas no visplašāk izmantotajām atzīmēm un to īpašībām:
1. pakāpe: komerciāli tīrs titāns
Tips:Alfa sakausējums
Īpašības:
Visaugstākā elastība
Lieliska izturība pret koroziju
Visu titāna pakāpes zemākā izturība
Lietojumi:
Ķīmiskā apstrāde
Jūras pielietojums
Medicīniskie implanti
2. pakāpe: komerciāli tīrs titāns
Tips:Alfa sakausējums
Īpašības:
Nedaudz stiprāks par 1. pakāpi
Augsta izturība pret koroziju
Laba metināmība
Lietojumi:
Siltummaiņi
Kondensatora caurule
Spiediena tvertnes
3. pakāpe: komerciāli tīrs titāns
Tips:Alfa sakausējums
Īpašības:
Augstāka stiprība nekā 2. pakāpe
Zemāka elastība
Lietojumi:
Kosmiskās aviācijas struktūras
Rūpnieciskas lietojumprogrammas, kurām nepieciešama augstāka izturība
4. pakāpe: komerciāli tīrs titāns
Tips:Alfa sakausējums
Īpašības:
Spēcīgākais starp CP titāna pakāpēm
Lieliska izturība pret koroziju
Lietojumi:
Ķirurģiska aparatūra
Aviācijas un jūras pielietojums
5. pakāpe: Ti-6al-4v
Tips:Alfa - beta sakausējums
Īpašības:
Visbiežāk izmantotais titāna sakausējums
Lielas izturības
Labs nogurums un izturība pret koroziju
Termiski apstrādājams
Lietojumi:
Aviācijas un kosmosa komponenti
Automobiļu detaļas
Medicīniskie implanti
Sporta aprīkojums
7. klase: titāns + 0.2% pallādijs
Tips:Alfa sakausējums
Īpašības:
Pastiprināta izturība pret koroziju, īpaši samazinot skābes
Lietojumi:
Ķīmiskā apstrāde
Atsāļošanas aprīkojums
9. klase: Ti-3al-2.5v
Tips:Alfa - beta sakausējums
Īpašības:
Vidēja izturība
Lieliska metināmība un izturība pret koroziju
Lietojumi:
Hidrauliskā caurule
Gaisa kuģa caurule
Sporta preces
12. klase: titāns + 0.3% molibdenum + 0.8% niķelis
Tips:Alfa sakausējums
Īpašības:
Uzlabota izturība pret koroziju, samazinot un oksidējot vidi
Laba metināmība
Lietojumi:
Siltummaiņi
Ķīmiskā apstrāde
Jūras vide
23. pakāpe: Ti-6Al-4V ELI (īpaši zema intersticiāla)
Tips:Alfa - beta sakausējums
Īpašības:
5. klases augstas tīrības versija
Augstāka izturība un elastība
Bioloģiski savietojams
Lietojumi:
Medicīniskie implanti
Ķirurģiski instrumenti
Parasto titāna pakāpju salīdzināšanas tabula
|
Pakāpe |
Sakausējuma tips |
Izturība |
Izturība pret koroziju |
Metināmība |
Tipiski lietojumi |
|---|---|---|---|---|---|
|
1 |
Alfa |
Zems |
Lielisks |
Lielisks |
Jūras, ķīmiska viela |
|
2 |
Alfa |
Mērens |
Lielisks |
Lielisks |
Siltummaiņi |
|
5 |
Alfa - beta |
Augsts |
Labs |
Labs |
Kosmiskā kosmosa, medicīniska |
|
9 |
Alfa - beta |
Vidējs |
Lielisks |
Lielisks |
Caurules, velosipēdi |
|
12 |
Alfa |
Vidējs |
Ļoti labs |
Lielisks |
Jūras, ķīmiska viela |
|
23 |
Alfa - beta |
Augsts |
Labs |
Labs |
Implantēt |
Faktori, kas ietekmē titāna sakausējuma izvēli
Izvēloties titāna sakausējumu konkrētai lietojumam, jāņem vērā vairāki faktori:
1. Mehāniskā izturība
Lietojumprogrammām, kurām nepieciešama augsta mehāniskā izturība, piemēram, kosmiskās komponentu vai slodze - ar medicīniskiem implantiem, alfa - beta sakausējumi, piemēram, 5. pakāpe (Ti-6Al-4V), parasti tiek dota priekšroka.
2. Izturība pret koroziju
Ļoti kodīgā vidē, piemēram, ķīmiskajā apstrādē vai jūras iestatījumos, alfa sakausējumos, piemēram, 1. pakāpe, 2. un 7. pakāpe, ir ideāli piemēroti to augstākās izturības pret koroziju dēļ.
3. Bioloģiskā savietojamība
Medicīniskiem lietojumiem nepieciešami materiāli, kas nav gan - toksiski, gan bioloģiski savietojami. 23. pakāpi (Ti-6Al-4V ELI) un 1–4 (komerciāli tīru titānu) parasti izmanto ķirurģiskos un zobu implantos.
4. Izgatavošanas vajadzības
Dažus titāna sakausējumus ir vieglāk metināt vai veidoties nekā citi. Piemēram, 9. klase piedāvā lielisku formējamību un tiek plaši izmantota caurulēs gaisa kuģu un sporta lietojumprogrammām.
Jaunās titāna sakausējuma tehnoloģijas
Titāna sakausējuma attīstība turpina attīstīties, un jaunie sakausējumi ir pielāgoti īpašām nozares vajadzībām. Daži no ievērojamiem jauninājumiem ir:
Titāna metāla matricas kompozītmateriāli (TMMCS): Izmanto kosmosā, lai iegūtu augstus - stīvuma un vieglas lietojumprogrammas.
Piedevu ražošana (3D drukāšana): Titāna pulveri, īpaši Ti-6Al-4V, tiek plaši izmantoti piedevu ražošanā, lai izveidotu sarežģītas ģeometrijas aviācijas un medicīniskajās jomās.
Augsti - temperatūras sakausējumi: tiek izstrādāti jauni beta titāna sakausējumi lietojumprogrammām, kas pārsniedz 600 grādus.
