Титаниева сплав: Шест основни свойства, които инженерите трябва да знаят

Какво определя титановата сплав

Титановата сплав е титанова сплав с елементи като алуминий, ванадий, молибден, калай и цирконий за регулиране на якостта, устойчивостта на пълзене и корозионното поведение. Контролът на примесите е централен: кислород, азот, въглерод и водород са интерстициални елементи, чието съдържание, определено като максимум в ASTM B265 и GB/T 3621, променя баланса между якост и пластичност. Шест имота доминират инженерните решения и всеки носи следствие от дизайна.

1. Висока специфична якост

Титаниевите сплави имат плътност от около 4,43-4,51 g/cm3, приблизително 60% от стоманата, докато класовете с висока -якост надвишават якостта на опън на много конструкционни стомани. Ti-6Al-4V в загрято състояние показва минимална якост на опън от 895 MPa и добив от 828 MPa по ASTM B265. Съотношението якост към плътност е над алуминиевите сплави и повечето стомани, поради което титанът се използва за части на самолетни двигатели, рамки, обшивки, крепежни елементи и колесник, където всеки килограм е предвиден в бюджета.

2. Термична якост

Титаниевите сплави запазват полезна якост при температури, при които алуминиевите сплави омекват. Алфа-бета сплави като Ti-6Al-4V се използват до около 350-400 градуса при дълготрайна експлоатация, а почти алфа сплави като Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo работят при 450-540 градуса. Алуминиевите сплави губят предимството си над 150 градуса, така че компонентите на компресора и изпускателната система в двигателите преминават към титанови или никелови сплави, когато работната температура се покачва.

3. Устойчивост на корозия

Титанът образува плътен, само{0}}възстановяващ се оксиден филм, който пасивира повърхността в окислителна, неутрална и леко редуцираща среда. Той е устойчив на морска вода, хлориди, азотна киселина, органични киселини и алкали по-добре от неръждаемата стомана в повечето хлоридни среди и не страда от цепнатини и цепнатини, които ограничават аустенитната неръждаема стомана в морската експлоатация. Филмът се регенерира в рамките на милисекунди, когато е повреден, поради което титаниевото оборудване в хлор-алкални и обезсоляващи инсталации работи десетилетия. Изключение правят редуциращите среди като гореща солна или сярна киселина, където са посочени сплави, съдържащи паладий- (клас 7) или молибден-никел (клас 12).

4. Издръжливост при ниски -температури

За разлика от въглеродната стомана, титанът не става крехък при ниска температура. Алфа сплави с ниско интерстициално съдържание, като Ti-5Al-2.5Sn, запазват пластичност и якост до -253 градуса, а титанът е стандартен материал за криогенни съдове, LNG оборудване и резервоари за ракетно гориво. Дизайнерите използват едно и също семейство сплави при -253 градуса и при 500 градуса, което опростява квалификацията.

5. Висока химическа реактивност

Титанът е химически активен при повишена температура: над около 600 градуса той абсорбира кислород и азот от въздуха, образувайки твърд, крехък алфа корпус; поемането на водород причинява хидридна крехкост. Последствията за производството са конкретни: горещата обработка и заваряването се нуждаят от контролирана атмосфера или вакуум, машинната обработка трябва да премахне алфа корпуса преди обслужване и искрите от шлайфане на титан могат да се запалят. Тези ограничения, а не цената на материала, определят голяма част от разходите за титанови части.

6. Ниска топлопроводимост и модул на еластичност

Титанът провежда топлина при около 15-17 W/(m·K) при стайна температура, приблизително една-пета от желязото и една-четиринадесета от алуминия, а модулът му на еластичност е около половината от този на стоманата. Ниската проводимост концентрира топлината при рязане върху ръба на инструмента, което изисква твърдосплавни инструменти и охлаждаща течност; ниският модул означава по-голяма еластичност при формоване и по-ниска твърдост в тънките компоненти. Дизайнерите компенсират с геометрия на сечението, вместо да приемат подобно на стомана поведение.

ЧЗВ

Каква е точката на топене на титана?

Чистият титан се топи при 1668 градуса. Легиращите елементи леко изместват солидуса; Ti-6Al-4V се топи в диапазон около 1600-1660 градуса, така че практиката на топене и заваряване се определя доста под тези температури.

Защо титанът е скъп за обработка?

Ниската му топлопроводимост улавя топлината на режещия ръб, втвърдява се при работа-и реагира с материалите на инструмента при висока температура. Това налага бавни скорости на рязане, твърди машини, заливане с охлаждаща течност и честа смяна на инструментите.

Титанът корозира ли в морска вода?

Не. Пасивният оксиден филм прави титана ефективно имунизиран срещу корозия в морската вода, включително проникване и атака на пукнатини при температура на околната среда, поради което е стандартен за морски топлообменници и офшорни тръбопроводи.

Какво представлява алфа кутията в титана?

Алфа корпусът е обогатен на кислород- и азот-твърд повърхностен слой, образуван при нагряване на титан във въздух над приблизително 600 градуса. Той е крехък и трябва да бъде отстранен чрез механична обработка или химическо смилане, преди частта да влезе в употреба.

Кои стандарти определят свойствата на титановата сплав?

Общите спецификации са ASTM B265 (лист, лента и плоча), ASTM B348 (пръти и заготовки), ASTM B338 и B861 (тръби и тръби), GB/T 3621 (китайска плоча и лист) и ISO 5832 за сплави за импланти, всяка с таблици за химия и опън за всеки клас.