Miten eri elementit vaikuttavat titaaniin?

Puhtaalla titaanilla on hyvä plastisuus, mutta alhainen lujuus ja huono lämmönkestävyys, joten se ei täytä{0}}ilmailu-, sairaanhoidon, meritekniikan ja muiden alojen korkeita vaatimuksia. Erilaisia ​​seosaineita lisäämällä titaanin mikrorakennetta ja ominaisuuksia voidaan säädellä tarkasti, jolloin muodostuu erinomaisen suorituskyvyn omaavia titaaniseoksia.

 

Avain siihentitaaniseoksetperustuu titaanin allotrooppisen muunnoksen hyödyntämiseen 882 asteessa. Kolmen tyyppisten seostuselementtien- -stabilointielementtien, -stabilointielementtien ja neutraalien elementtien-osuutta ja vaiheita säädetään mukauttamaan ominaisuuksia, kuten lujuutta, lämmönkestävyyttä ja sitkeyttä, mikä täyttää eri alojen tiukat huoltovaatimukset.

 

 

 

-Stabilointielementit toimivat pääasiassa nostamaan titaanin -transus-lämpötilaa ja laajentamaan -faasialuetta, mikä mahdollistaa seoksen rakenteen säilyttämisen vakaana huoneenlämpötilassa ja korkeissa lämpötiloissa, mikä parantaa lujuutta korkeassa-lämpötilassa, korroosionkestävyyttä ja hitsattavuutta.

 

Alumiini on kriittisin -stabiloiva elementti, ja se sisältyy lähes kaikkiin titaaniseoksiin, joita kutsutaan "ytimen vahvistimeksi". Se parantaa lujuutta kiinteällä liuosvahvistuksella ja saavuttaa kevyen rakenteen alhaisen tiheytensä (2,7 g/cm³) ansiosta. Kuitenkin yli 7 paino-% alumiinipitoisuus pyrkii muodostamaan hauraan Ti3Al-faasin ja vähentämään plastisuutta, joten se on yleensä säädetty 5-6 %:iin.

 

Boori, happi ja typpi kuuluvat myös -stabiloiviin alkuaineisiin. Boori on kuin "vitamiini". Pieni määrä voi jalostaa jyviä ja parantaa prosessoitavuutta. Happi ja typpi voivat vahvistaa titaania, mutta heikentää sen plastisuutta merkittävästi, mikä tekee niistä epäpuhtauksia, jotka vaativat tiukkaa valvontaa. Vetypitoisuuden hallintaa vaaditaan sulatuksen aikana vedyn haurastumisen estämiseksi.

 

 

Toisin kuin -stabiloivat elementit, -stabilointielementit alentavat -transus-lämpötilaa ja laajentavat -faasialuetta, jolloin metalliseos voi säilyttää vakaan faasin sammutuksen jälkeen. Ne parantavat merkittävästi lujuutta liuoskäsittelyn ja vanhenemisen ansiosta samalla kun ne varmistavat plastisuuden, sitkeyden ja prosessoitavuuden. Ne on jaettu kahteen luokkaan: isomorfisiin ja eutektoidisiin -stabilointiaineisiin.

 

Isomorfiset -stabilointielementit

Molybdeenillä on huomattava lujittava vaikutus, se parantaa lujuutta huone--korkeassa lämpötilassa, kovettuvuutta ja lämpöstabiilisuutta, ja sitä käytetään laajalti korkeissa-lämpötioissa titaaniseoksissa.

 

Vanadiini muodostaa Ti6Al4V:tä titaanin ja alumiinin kanssa, mikä muodostaa yli 50 % titaaniseosmarkkinoista. Tällä seoksella on korkea lujuus, korroosionkestävyys ja hitsattavuus, ja sitä käytetään ilmailussa, laivanrakennuksessa ja muilla aloilla.

 

Niobiumilla on lievä vahvistava vaikutus ja se parantaa huomattavasti plastisuutta ja sitkeyttä, joten se on yleinen valinta lääketieteellisiin titaaniseoksiin.

Tantaalilla on heikko lujittava vaikutus ja suuri tiheys, se parantaa hapettumisen ja korroosionkestävyyttä, ja sitä käytetään vain pieniä määriä korkealaatuisissa{0}seoksissa.

 

Eutektoidi -Stabilisoivat elementit

Kromi tarjoaa korkean lujuuden ja korkean plastisuuden. Sitä voidaan vahvistaa lämpökäsittelyllä, ja sitä käytetään -lujissa rakenneosissa.

 

Rauta, vahva -stabiloiva elementti ja alhainen hinta, voi korvata vanadiinin, mutta sillä on huono lämmönkestävyys ja se on herkkä segregaatiolle.

 

Pii, hivenlisäaine, voi parantaa lämpölujuutta ja lämmönkestävyyttä, ja sitä käytetään enimmäkseen{0}}lentokoneiden moottoreiden korkean lämpötilan komponenteissa.

 

 

Neutraaleilla elementeillä on vain vähän vaikutusta titaanin -transuslämpötilaan. Niiden atomikoko ja ominaisuudet ovat lähellä titaanin atomikokoa ja ominaisuuksia, mikä mahdollistaa äärettömän kiinteän liuoksen sekä faasien että faasien osalta. Ne tasapainottavat pääasiassa metalliseoksen suorituskykyä ja parantavat{3}}lujuutta korkeissa lämpötiloissa muuttamatta titaanin ydinominaisuuksia. Yleisimmin käytettyjä ovat zirkonium ja tina.

 

Zirkoniumilla on erittäin samankaltaiset ominaisuudet kuin titaanilla, ja sillä on heikko huonelämpötilaa{0}}lujittava vaikutus, mutta se voi parantaa merkittävästi lämpölujuutta ja vakautta korkeissa lämpötiloissa, ja sitä käytetään laajalti korkean lämpötilan titaaniseoksissa.

Tinalla on vielä heikompi huonelämpötilaa{0}}lujittava vaikutus ja se voi parantaa lämpölujuutta. Yhdistettynä alumiiniin se voi edelleen optimoida suorituskykyä korkeassa-lämpötiloissa.

 

 

Käytännön sovelluksissa yksittäinen elementti tuskin voi täyttää monimutkaisten työolosuhteiden vaatimuksia. Useimmat käytännölliset titaaniseokset käyttävät moni-elementti-synergististä rakennetta täydentävien etujen saavuttamiseksi tarkan mitoituksen avulla.

Ti6Al4V on klassinen edustaja. Yhdessä alumiinin ja vanadiinin kanssa se muodostaa + duplex -rakenteen, joka yhdistää lujuuden, plastisuuden, sitkeyden ja hitsattavuuden.

 

Korkean lämpötilan -titaaniseokset, kuten Ti60 ja Ti65, saavat aikaan synergiaa alumiinin, zirkoniumin ja molybdeenin kaltaisten elementtien avulla, ja niihin on lisätty harvinaisia ​​maametallia. Niitä voidaan käyttää yli 600 asteen kulmassa, mikä rikkoo ulkomaisen teknologisen monopolin.

 

Lääketieteellinen Ti29Nb13Ta4.6Zr-seos koostuu pääasiassa -stabiloivista aineista, kuten niobiumista ja tantaalista. Sen kimmomoduuli on lähellä ihmisen luiden kimmomoduulia ja erinomainen biologinen yhteensopivuus, ja sitä käytetään laajalti implanteissa, kuten tekonivelissä ja luukynsissä.

Seokset, kuten IMI834 ja Ti1100 aeromoottoreille, sisältävät tarkan alumiinin, tinan, molybdeenin ja piin annostelun, säilyttäen erinomaisen virumisvastuksen 600 asteessa, ja ne ovat tärkeitä materiaaleja kompressorin siipille ja levyille.