Видове титанови сплави: степени, свойства и употреби
Титанът е изключително универсален и търси - след метал, известен с отличната си сила - до - съотношение на теглото, изключителна устойчивост на корозия и способност да издържа на високи температури. Тези имоти правят титанът популярен материал в различни индустрии, включително аерокосмическото, медицинско, морски, автомобилни и химически преработки. Чистият титан обаче не винаги отговаря на специфичните изисквания на различни приложения. За да адаптира свойствата на материала, той често е легиран с други елементи като алуминий, ванадий, молибден и желязо. Тези комбинации водят до широк спектър от титанови сплави, всяка с уникални характеристики, подходящи за специфични приложения.
В тази статия ще проучимОсновни видове титанови сплави, TheОбщи степени, технитеключови свойстваиТипични приложения.
Класификация на титанови сплави
Титановите сплави са широко класифицирани в три основни категории въз основа на техните фазови състави:
1. Alpha () сплави
Алфа сплавите съдържат елементи, които стабилизират алфа фазата (като алуминий и кислород) и не са - топлина. Тези сплави предлагат отлична устойчивост на корозия и добра заваряемост. Обикновено се използват във високи - температурни приложения.
Свойства:
Добра устойчивост на пълзене
Отлична устойчивост на корозия
Лоша сила при стайна температура в сравнение с други сплави
Non - топлинна лечима
Типични приложения:
Компоненти на самолета
Части от реактивни двигатели
Морска среда
2. Бета () сплави
Бета сплавите включват бета - фазови стабилизиращи елементи като молибден, ванадий, ниобий и хром. Тези сплави са топлина - лечими и предлагат висока якост и добра оформяне.
Свойства:
Висока якост
Добра оформяне и заваряемост
Топлинна лечима
По -малко устойчивост на пълзене от алфа сплавите
Типични приложения:
Средство за кацане на самолети
Крепежни елементи
Извори
Медицински изделия
3. Alpha - бета (-) сплави
Тези сплави съдържат смес от алфа и бета стабилизатори, което води до двойна фазова структура -. Те могат да бъдат топлина -, третирани за повишаване на силата, като същевременно поддържат добър баланс на пластичност и здравина.
Свойства:
Висока якост
Добра устойчивост на корозия
Добра устойчивост на умора
Топлинна лечима
Типични приложения:
Самолетни конструкции
Компоненти на двигателя
Морски хардуер
Биомедицински импланти
Общи степени на титанови сплави
Американското дружество за тестване и материали (ASTM) и други стандартни организации класифицират титанови сплави в различни степени. По -долу са някои от най -широко използваните степени и техните свойства:
1 клас: чист титан в търговската мрежа
Тип:Алфа сплав
Свойства:
Най -висока пластичност
Отлична устойчивост на корозия
Най -ниската сила на всички титанови степени
Използване:
Химическа обработка
Морски приложения
Медицински импланти
2 клас: чист титан в търговската мрежа
Тип:Алфа сплав
Свойства:
Малко по -силен от 1 клас
Висока устойчивост на корозия
Добра заваряемост
Използване:
Топлообменници
Кондензаторна тръба
Съдове под налягане
3 клас: чист титан в търговската мрежа
Тип:Алфа сплав
Свойства:
По -висока сила от степен 2
По -ниска пластичност
Използване:
Аерокосмически структури
Индустриални приложения, изискващи по -висока якост
4 клас: чист титан в търговската мрежа
Тип:Алфа сплав
Свойства:
Най -силни сред степените на титан на CP
Отлична устойчивост на корозия
Използване:
Хирургически хардуер
Аерокосмически и морски приложения
5 клас: TI-6AL-4V
Тип:Alpha - бета сплав
Свойства:
Най -често използваната титанова сплав
Висока якост
Добра умора и устойчивост на корозия
Топлинна лечима
Използване:
Аерокосмически компоненти
Автомобилни части
Медицински импланти
Спортно оборудване
7 клас: Титан + 0.2% паладий
Тип:Алфа сплав
Свойства:
Подобрена устойчивост на корозия, особено за намаляване на киселините
Използване:
Химическа обработка
Оборудване за обезсоляване
9 клас: TI-3AL-2.5V
Тип:Alpha - бета сплав
Свойства:
Средна сила
Отлична заваряемост и устойчивост на корозия
Използване:
Хидравлични тръби
Самолетни тръби
Спортни стоки
12 клас: титан + 0.3% molybdenum + 0.8% никел
Тип:Алфа сплав
Свойства:
Подобрена устойчивост на корозия при намаляване и окисляване на средата
Добра заваряемост
Използване:
Топлообменници
Химическа обработка
Морска среда
Степен 23: TI-6AL-4V ELI (допълнителна ниска интерстициална)
Тип:Alpha - бета сплав
Свойства:
Версия с висока чистота от 5 клас
Превъзходна здравина и пластичност
Биосъвместими
Използване:
Медицински импланти
Хирургически инструменти
Таблица за сравнение на общи титанови степени
|
Оценка |
Тип сплав |
Сила |
Корозионна устойчивост |
Заваряемост |
Типични приложения |
|---|---|---|---|---|---|
|
1 |
Алфа |
Ниско |
Отличен |
Отличен |
Морски, химически |
|
2 |
Алфа |
Умерен |
Отличен |
Отличен |
Топлообменници |
|
5 |
Alpha - beta |
Високо |
Добре |
Добре |
Аерокосмическо, медицинско |
|
9 |
Alpha - beta |
Среден |
Отличен |
Отличен |
Тръби, велосипеди |
|
12 |
Алфа |
Среден |
Много добре |
Отличен |
Морски, химически |
|
23 |
Alpha - beta |
Високо |
Добре |
Добре |
Импланти |
Фактори, влияещи върху подбора на титанова сплав
При избора на титанов сплав за конкретно приложение трябва да се вземат предвид няколко фактора:
1. Механична якост
За приложения, изискващи висока механична якост, като аерокосмически компоненти или натоварване -, носещи медицински импланти, алфа - бета сплави като степен 5 (TI-6AL-4V) обикновено се предпочитат.
2. Корозионна устойчивост
В силно корозивни среди като химическа обработка или морски условия алфа сплави като степен 1, степен 2 и степен 7 са идеални поради тяхната превъзходна устойчивост на корозия.
3. Биосъвместимост
Медицинските приложения изискват материали, които са едновременно - токсични и биосъвместими. 23 клас (TI-6AL-4V ELI) и 1–4 (търговски чист титан) обикновено се използват в хирургически и зъбни импланти.
4. Нужди от производство
Някои титанови сплави са по -лесни за заваряване или образуване от други. Например, клас 9 предлага отлична формалност и се използва широко в тръби за самолети и спортни приложения.
Възникващи технологии за титаниеви сплави
Развитието на сплавта от титан продължава да се развива, като новите сплави са съобразени с конкретни нужди от индустрията. Някои забележителни иновации включват:
Titanium Metal Matrix Composites (TMMCs): Използва се в аерокосмическото пространство за високо - твърдост и леки приложения.
Адитивно производство (3D печат): Титановите прахове, особено TI-6AL-4V, се използват широко при производството на добавки за създаване на сложни геометрии в аерокосмическите и медицинските полета.
Високи - Температурни сплави: Разработват се нови бета титанови сплави за приложения над 600 градуса.
