Титановый и титановый сплав

С момента введения титановых и титановых сплавов в начале 1950-х годов эти материалы имеют относительно короткое время, станут основными материалами для аэрокосмической, энергетической и химической промышленности.

Сочетание соотношения высокого уровня к весу, превосходных механических свойствах и коррозионной устойчивости делает Titanium наилучшим выбором материала для многих критических приложений. Сегодня титановые сплавы используются для требовательных применений, таких как статические и вращающиеся компоненты газовых турбин. Некоторые из самых критических и высокопрессовых гражданских и военных частей воздушных кадров изготовлены из этих сплавов.

Использование титана расширилось в последние годы, чтобы включить заявления на атомные электростанции, пищевые заводы, нефтеперерабатывающие теплообменники, морские компоненты и медицинские протизы.
Высокая стоимость компонентов сплава титана может ограничить их использование к приложениям, для которых более дешевые сплавы, такие как алюминиевые и нержавеющие стали. Относительно высокая стоимость часто является результатом интристической стоимости сырья металла, изготовления затрат и расходы на удаление металла, понесенные при получении желаемой конечной формы.

Эти технологии чистой формы титана включают в себя порошковую металлургию (P / M), сверхпластиковую формирующую (SPF), точность ковки и точность литья. Прецизионная литье является наиболее полно разработанным и наиболее широко используемым технологией чистой формы титана. Ежегодная отправка титановых отливок в Соединенных Штатах выросло на 260% в период с 1979 по 1989 год.

Как производит авиационный двигатель, стремятся использовать актерский титан в более высоких рабочих температурах, Ti-6AL-2SN-4ZR-2MO и TI-6AL-2SN-4ZR-6MO указываются чаще. Другие расширенные высокотемпературные титановые сплавы для обслуживания до 595 ° С, такие как Ti-1100 и IMI-834, разрабатываются как отливки. Упомянутые выше сплавов проявляют одинаковую степень повышенного температуры превосходства, как и их кованые коллеги по более широко используемым Ti-6AL-4V.

Формы кованых продуктов титановых и титановых сплавов, которые включают в себя поковки и типичные мельницы, составляют более 70% рынка производства титанового и титанового сплава. Кованые продукты являются наиболее доступной доступной продукцией изделий из титановых базовых материалов, хотя для приложений, которые требуют комплексных форм или использование методов P / M, которые требуют сложных форм или использование методов P / M для получения микроструктур, не достижимых обычная слитка металлургии.

Порошковая металлургия титана не приобрела широкого принятия и ограничена пространственными и ракетными приложениями. Основными причинами использования продуктов титановой базы являются его выдающаяся коррозионная стойкость титана и его полезной комбинации низкой плотности (4,5 г / см3) и высокая прочность. Сильные стороны варьируются от 480 МПа для некоторых сортов коммерческого титана до около 1100 МПа для структурных продуктов титанового сплава и более 1725 МПа для специальных форм, таких как проволоки и пружины.

Другая важная характеристика титановых базовых материалов представляет собой обратимое преобразование кристаллической структуры из альфа (A, гексагональной закрытой части) до бета (B, центрированной кубической) структурой, когда температура превышает определенный уровень. Это аллотропное поведение, которое зависит от типа и количества содержимого сплава, позволяет сложными вариациями в микроструктуре и более разнообразных возможностях укрепления, чем у других цветных сплавов, таких как меди или алюминий.

Чистые титановые кованые продукты, которые имеют минимальное содержание титана в диапазоне от около 98 635 до 99,5 мас.%, Используются в основном для коррозионной стойкости. Титановые продукты также полезны для изготовления, но имеют относительно низкую прочность в обслуживании.

Титан имеет следующие преимущества:
Хорошая сила
Устойчивость к эрозии и эрозионно-коррозии
Очень тонкая, проводящая оксидная поверхностная пленка
Жесткая, гладкая поверхность, которая ограничивает адгезию иностранных материалов
Поверхность способствует погружной конденсации

Коммерчески чистый титановый с незначительным сплавом содержимого включает различные титано-палладиевые сорта и сплав Ti-0,3MO-0,8Ni (ASTM 12 или INS R533400). Содержание сплава позволяет улучшать устойчивость к коррозии и / или прочности.

Титано-палладиевые сплавы с номинальным содержимым палладия около 0,2% Pd используются в применениях, требующих превосходной коррозионной стойкости в области химической обработки или хранения, где среда слегка уменьшается или колеблется между окислением и уменьшением.

Сплав Ti-0,3MO-0,6NI (UNS R533400 или ASTM 12 класс) имеет приложения, аналогичные тем, которые для нелегированного титана, но имеют лучшую прочность и коррозионное сопротивление. Однако коррозионная стойкость этого сплава не так хороша, как титановые сплавы палладий. Сплав 12 класса ASTM особенно устойчив к коррозии щели в горячих рассолах.

Композиции титанового сплава различных титановых сплавов. Поскольку аллотропное поведение титана позволяет различать изменения в микроструктурах путем изменения термомеханической обработки, широкий спектр свойств и приложений можно подавать с минимальным количеством оценок. Это особенно верно для сплавов с двухфазным, A + B, кристаллической структурой.

Наиболее широко используемым титановым сплавом является сплавом Ti-6AL-4V Alpha-Beta. Этот сплав хорошо понимается и также очень терпим на вариации в операциях изготовления, несмотря на его относительно низкую температуру для формирования и формирования температуры помещения по сравнению с сталью и алюминием. Alloy Ti-6AL-4V, который имеет ограниченный размер разделов газа, чаще всего используется в отожженном состоянии.

Другие титановые сплавы предназначены для конкретных областей применения. Например:
Сплавы Ti-5AL-2Sn-2Zr-4MO-4Cr (обычно называемый Ti-17) и Ti-6AL-2Sn-4Zr-6MO для высокой прочности в тяжелых средах при повышенных температурах.
Сплавы Ti-6242S, IMI 829 и Ti-6242 (Ti-6AL-2SN-4ZR-2MO) для сопротивления ползучести
Сплавы Ti-6AL-2nB-ITA-IMO и TI-6AL-4V-ELI разработаны как для противодействия коррозии стресса в водных солевых растворах, а также для высокой прочности разрушения.
Alloy Ti-5AL-2,5SN предназначен для свариваемости, а класс ELI широко используется для криогенных применений
Сплавы Ti-6AL-6V-2Sn, Ti-6AL-4V и Ti-10V-2Fe-3AL для высокой прочности при низких температурах с низким до умеренной.
Сварка имеет наибольший потенциал для влияния материальных свойств. Во всех типах сварных швамок загрязнение от интерстициальных примесей, таких как кислород и азот, должны быть минимизированы для поддержания полезной пластичности в сварке. Сплава, процедура сварки и последующая термообработка очень важна при определении конечных свойств сварных соединений.

Некоторые общие принципы могут быть обобщены следующим образом:

Сварка обычно увеличивает прочность и твердость
Сварка обычно уменьшает растягивающую и изгибную пластичность
Сварные швы в нелегированном титановом классе 1, 2 и 3 не требуют обработки после сварки, если материал не будет высоко подчеркиваться в сильно снижающей атмосфере
Сварка в большем количестве бета-богатых альфа-бета-сплавами, такими как Ti-6AL-6V-2Sn, имеют высокую вероятность разрушения с небольшим или без пластикового напряжения.
Титановые и титановые сплавы - это термообработанные для следующих целей:
Чтобы уменьшить остаточные напряжения, разработанные во время изготовления
Для получения оптимальной комбинации пластичности, обрабатываемости и измеренной и структурной стабильности (отжига)
Увеличить прочность (обработка и старение решения)
Оптимизировать специальные свойства, такие как ударная вязкость, утомляющая сила, прочность на высокую температуру.