Kuidas erinevad elemendid titaani mõjutavad?

Puhtal titaanil on hea plastilisus, kuid madal tugevus ja halb kuumakindlus, mis ei vasta kosmose-, meditsiini-, meretehnika ja muude valdkondade kõrgetele{0}}nõuetele. Erinevate legeerelementide lisamisega saab titaani mikrostruktuuri ja omadusi täpselt reguleerida, et moodustada suurepärase jõudlusega titaanisulamid.

 

Võti sellekstitaani sulamidseisneb titaani allotroopse transformatsiooni kasutamises 882 kraadi juures. Kolme tüüpi legeerivate elementide - -stabiliseerivate elementide, -stabiliseerivate elementide ja neutraalsete elementide- abil reguleeritakse nende omaduste ja faaside osakaalu ja faaside osakaalu, et kohandada selliseid omadusi nagu tugevus, kuumakindlus ja sitkus, mis vastab erinevate valdkondade rangetele hooldusnõuetele.

 

 

 

-Stabiliseerivad elemendid tõstavad peamiselt titaani -transustemperatuuri ja laiendavad -faasipiirkonda, võimaldades sulamil säilitada stabiilse struktuuri toa- ja kõrgel temperatuuril, parandades seeläbi tugevust kõrgel-temperatuuril, korrosioonikindlust ja keevitatavust.

 

Alumiinium on kõige kriitilisem -stabiliseeriv element ja seda leidub peaaegu kõigis titaanisulamites, mida nimetatakse "südamiku tugevdajaks". See suurendab tugevust tahke lahusega tugevdamise kaudu ja saavutab väikese tiheduse (2,7 g/cm³) tõttu kerge disaini. Alumiiniumisisaldus, mis ületab 7 massiprotsenti, kipub aga moodustama rabedat Ti3Al faasi ja vähendama plastilisust, seega on see tavaliselt 5–6%.

 

Boor, hapnik ja lämmastik kuuluvad samuti -stabiliseerivate elementide hulka. Boor on nagu "vitamiin". Väike kogus võib teravilju rafineerida ja töödeldavust parandada. Hapnik ja lämmastik võivad tugevdada titaani, kuid vähendavad drastiliselt selle plastilisust, muutes need lisanditeks, mis nõuavad ranget kontrolli. Vesinikusisalduse kontrollimine on vajalik sulatamise ajal, et vältida vesiniku rabedust.

 

 

Vastupidiselt -stabiliseerivatele elementidele alandavad -stabiliseerivad elemendid -transuse temperatuuri ja laiendavad -faasipiirkonda, võimaldades sulamil pärast kustutamist stabiilse faasi säilitada. Need parandavad oluliselt tugevust lahuse töötlemise ja vananemise kaudu, tagades samal ajal plastilisuse, sitkuse ja töödeldavuse. Need on jagatud kahte kategooriasse: isomorfsed ja eutektoidsed -stabiliseerivad elemendid.

 

Isomorfsed -stabiliseerivad elemendid

Molübdeenil on märkimisväärne tugevdav toime, see parandab tugevust toa--temperatuuril, kõvenevust ja termilist stabiilsust ning seda kasutatakse laialdaselt kõrgel{1}}temperatuurilistes titaanisulamites.

 

Vanaadium moodustab titaani ja alumiiniumiga Ti6Al4V, moodustades üle 50% titaanisulamite turust. Sellel sulamil on kõrge tugevus, korrosioonikindlus ja keevitatavus ning seda kasutatakse kosmosetööstuses, laevaehituses ja muudes valdkondades.

 

Nioobiumil on kerge tugevdav toime ning see parandab oluliselt plastilisust ja sitkust, muutes selle meditsiiniliste titaanisulamite jaoks tavaliseks valikuks.

Tantaalil on nõrk tugevdav toime ja suur tihedus, see parandab oksüdatsiooni- ja korrosioonikindlust ning seda kasutatakse ainult väikestes kogustes kõrgekvaliteedilistes{0}sulamites.

 

Eutektoidsed -stabiliseerivad elemendid

Kroom pakub suurt tugevust ja kõrget plastilisust. Seda saab tugevdada kuumtöötlusega ja seda kasutatakse ülitugevates konstruktsioonikomponentides.

 

Raud, tugev -stabiliseeriv element ja odav, võib asendada vanaadiumi, kuid sellel on halb termiline stabiilsus ja see on kalduvus eralduma.

 

Räni, lisandina, võib parandada termilist tugevust ja kuumakindlust ning seda kasutatakse enamasti{0}}lennukite mootorite kõrge temperatuuriga komponentides.

 

 

Neutraalsed elemendid mõjutavad titaani -transuse temperatuuri vähe. Nende aatomi suurus ja omadused on lähedased titaani omadele, võimaldades lõpmatult tahket lahust nii faasis kui ka faasis. Need tasakaalustavad peamiselt sulami jõudlust ja parandavad tugevust kõrgel-temperatuuril, muutmata titaani põhiomadusi. Tavaliselt kasutatakse tsirkooniumi ja tina.

 

Tsirkooniumi omadused on äärmiselt sarnased titaaniga, nõrga toatemperatuuri{0}}tugevdava toimega, kuid see võib oluliselt parandada termilist tugevust ja stabiilsust kõrgetel temperatuuridel ning seda kasutatakse laialdaselt kõrgetemperatuurilistes titaanisulamites.

Tinal on ruumitemperatuuri{0}} veelgi nõrgem tugevdav toime ja see võib suurendada termilist tugevust. Alumiiniumiga kombineerituna võib see veelgi optimeerida kõrgel-temperatuuril töötamist.

 

 

Praktilistes rakendustes ei vasta ükski element keerukate töötingimuste nõuetele. Enamikul praktilistel titaanisulamitel on mitmeelemendiline sünergiline disain, et saavutada täpse proportsiooniga täiendavaid eeliseid.

Ti6Al4V on klassikaline esindaja. Koos alumiiniumi ja vanaadiumiga moodustab see + dupleksstruktuuri, mis ühendab endas tugevuse, plastilisuse, sitkuse ja keevitatavuse.

 

Kõrgetemperatuurilised-titaanisulamid, nt Ti60 ja Ti65, saavutavad sünergia elementide, sealhulgas alumiiniumi, tsirkooniumi ja molübdeeni ning haruldaste muldmetallide lisamisega. Neid saab kasutada üle 600 kraadi, purustades välismaise tehnoloogilise monopoli.

 

Meditsiiniline Ti29Nb13Ta4.6Zr sulam koosneb peamiselt -stabiliseerivatest elementidest, nagu nioobium ja tantaal. Sellel on inimese luude omale lähedane elastsusmoodul ja suurepärane biosobivus ning seda kasutatakse laialdaselt implantaatides nagu kunstliigesed ja luuküüned.

Aeromootoritele mõeldud sulamid, nagu IMI834 ja Ti1100, sisaldavad täpselt alumiiniumi, tina, molübdeeni ja räni proportsioone, säilitades suurepärase roomamiskindluse 600 kraadi juures ning on kompressori labade ja ketaste põhimaterjalid.