Titano lydinys: šeši pagrindiniai inžinieriai turėtų žinoti

Kas apibūdina titano lydinį

Titano lydinys yra titanas, legiruotas su tokiais elementais kaip aliuminis, vanadis, molibdenas, alavas ir cirkonis, kad būtų galima reguliuoti stiprumą, atsparumą šliaužimui ir korozijai. Priemaišų kontrolė yra pagrindinė: deguonis, azotas, anglis ir vandenilis yra tarpiniai elementai, kurių kiekis, nurodytas ASTM B265 ir GB/T 3621 kaip didžiausias kiekis, perkelia stiprumo ir plastiškumo pusiausvyrą. Šešios savybės dominuoja priimant inžinerinius sprendimus, ir kiekviena iš jų turi dizaino pasekmes.

1. Didelis specifinis stiprumas

Titano lydinių tankis yra apie 4,43-4,51 g/cm3, tai yra maždaug 60 % plieno, o didelio stiprumo laipsniai viršija daugelio konstrukcinių plienų atsparumą tempimui. Atkaitinto Ti-6Al-4V minimalus tempiamasis stipris yra 895 MPa, o išeiga 828 MPa pagal ASTM B265. Stiprumo ir tankio santykis yra didesnis nei aliuminio lydinių ir daugumos plienų, todėl titanas naudojamas orlaivių variklių dalims, rėmams, apvalkalams, tvirtinimo detalėms ir važiuoklei, kur yra numatytas kiekvienas kilogramas.

2. Šiluminis stiprumas

Titano lydiniai išlaiko naudingą stiprumą temperatūroje, kurioje aliuminio lydiniai suminkštėja. Alfa-beta lydiniai, tokie kaip Ti-6Al-4V, naudojami iki maždaug 350–400 laipsnių ilgalaikiam naudojimui, o beveik alfa lydiniai, tokie kaip Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, veikia 450–540 laipsnių kampu. Aliuminio lydiniai praranda pranašumą virš 150 laipsnių, todėl kompresoriaus ir išmetamųjų dujų komponentai varikliuose, kylant darbinei temperatūrai, pereina į titano arba nikelio lydinius.

3. Atsparumas korozijai

Titanas sudaro tankią, savaime{0}}atsitaisančią oksido plėvelę, kuri pasyvina paviršių oksiduojančioje, neutralioje ir švelniai redukuojančioje terpėje. Daugumoje chlorido aplinkoje jis geriau atsparus jūros vandeniui, chloridams, azoto rūgščiai, organinėms rūgštims ir šarmams nei nerūdijantis plienas, be to, jis nepatiria įdubimų ir įtrūkimų, kurie riboja austenitinio nerūdijančio plieno naudojimą jūroje. Pažeista plėvelė atsinaujina per milisekundes, todėl titano įranga chloro-šarmų ir gėlinimo gamyklose veikia dešimtmečius. Išimtis yra redukuojančios terpės, tokios kaip karšta druskos rūgštis arba sieros rūgštis, kur nurodomi paladžio - (7 laipsnio) arba molibdeno -nikelio (12 laipsnio) lydiniai.

4. Atsparumas žemai-temperatūrai

Skirtingai nuo anglinio plieno, titanas netampa trapus žemoje temperatūroje. Alfa lydiniai, turintys mažą intersticinį kiekį, pvz., Ti-5Al-2,5Sn, išlaiko plastiškumą ir kietumą iki -253 laipsnių, o titanas yra standartinė medžiaga kriogeniniams laivams, SGD įrangai ir raketinio kuro bakams. Dizaineriai naudoja tą pačią lydinių šeimą -253 laipsnių ir 500 laipsnių kampu, o tai supaprastina kvalifikaciją.

5. Didelis cheminis reaktyvumas

Titanas yra chemiškai aktyvus aukštesnėje temperatūroje: aukštesnėje nei 600 laipsnių temperatūroje jis sugeria deguonį ir azotą iš oro, sudarydamas kietą, trapų alfa korpusą; vandenilio paėmimas sukelia hidrido trapumą. Gamybos pasekmės yra konkrečios: karštam apdirbimui ir suvirinimui reikalinga kontroliuojama atmosfera arba vakuumas, apdirbant reikia nuimti alfa korpusą prieš aptarnavimą, o šlifavimo titano kibirkštys gali užsidegti. Šie apribojimai, o ne medžiagos kaina, lemia didžiąją dalį titano dalių sąnaudų.

6. Žemas šilumos laidumas ir tamprumo modulis

Titanas praleidžia šilumą maždaug 15-17 W/(m·K) kambario temperatūroje, maždaug viena-penktadalis geležies ir viena-keturioliktoji aliuminio, o jo tamprumo modulis yra maždaug perpus mažesnis nei plieno. Dėl mažo laidumo pjovimo karštis sutelkiamas į įrankio briauną, reikalaujantis karbido įrankių ir aušinimo skysčio; mažas modulis reiškia didesnį spyruokliškumą formuojant ir mažesnį plonų komponentų standumą. Dizaineriai kompensuoja pjūvio geometriją, o ne daro prielaidą, kad elgsena panaši į plieną.

DUK

Kokia yra titano lydymosi temperatūra?

Grynas titanas lydosi 1668 laipsnių temperatūroje. Legiravimo elementai šiek tiek paslenka kietą dalelę; Ti-6Al-4V lydosi maždaug 1600–1660 laipsnių diapazone, todėl lydymosi ir suvirinimo praktika apibrėžiama gerokai žemesnėje temperatūroje.

Kodėl titaną brangu apdirbti?

Mažas šilumos laidumas sulaiko šilumą pjovimo briaunoje, dirba{0}}kietėja ir aukštoje temperatūroje reaguoja su įrankių medžiagomis. Tai verčia mažinti pjovimo greitį, naudoti standžias mašinas, užpilti aušinimo skystį ir dažnai keisti įrankius.

Ar titanas rūdija jūros vandenyje?

Ne. Dėl pasyviosios oksido plėvelės titanas veiksmingai atsparus jūros vandens korozijai, įskaitant įdubimus ir įtrūkimus aplinkos temperatūroje, todėl ji yra standartinė jūrų šilumokaičiams ir jūriniams vamzdynams.

Kas yra alfa dėklas titane?

Alfa korpusas yra deguonimi{0}} ir azotu-prisodrintas kietas paviršiaus sluoksnis, susidarantis titaną kaitinant ore daugiau nei 600 laipsnių. Jis yra trapus ir turi būti pašalintas mechaniniu arba cheminiu frezavimu prieš pradedant eksploatuoti.

Kokie standartai nurodo titano lydinio savybes?

Bendrosios specifikacijos yra ASTM B265 (lakštas, juostelė ir plokštė), ASTM B348 (stypas ir ruošinys), ASTM B338 ir B861 (vamzdis ir vamzdis), GB/T 3621 (kiniška plokštė ir lakštas) ir ISO 5832 implantų lydiniams, kurių kiekviena su chemijos ir tempimo lentelėmis kiekvienai klasei.