Kā dažādi elementi ietekmē titānu?

Tīram titānam ir laba plastiskums, taču zema izturība un zema karstumizturība, kas neatbilst augstākajām -kosmiskās aviācijas, medicīniskās aprūpes, jūras inženierijas un citu jomu prasībām. Pievienojot dažādus sakausējuma elementus, titāna mikrostruktūru un īpašības var precīzi regulēt, veidojot titāna sakausējumus ar izcilu veiktspēju.

 

Atslēga uztitāna sakausējumislēpjas titāna alotropās transformācijas izmantošanā 882 grādu leņķī. Izmantojot trīs veidu leģējošos elementus- -stabilizējošos elementus, -stabilizējošos elementus un neitrālos elementus-, proporcija un fāzes tiek pielāgotas, lai pielāgotu īpašības, piemēram, izturību, karstumizturību un stingrību, tādējādi izpildot dažādu jomu stingras apkalpošanas prasības.

 

 

 

-Stabilizācijas elementi galvenokārt darbojas, lai paaugstinātu titāna -transusa temperatūru un paplašinātu -fāzes apgabalu, ļaujot sakausējumam uzturēt stabilu struktūru telpā un augstā temperatūrā, tādējādi uzlabojot augstas-temperatūras izturību, izturību pret koroziju un metināmību.

 

Alumīnijs ir vissvarīgākais -stabilizējošais elements, un tas ir ietverts gandrīz visos titāna sakausējumos, kas pazīstami kā "kodolu stiprinātājs". Tas palielina izturību, stiprinot cieto šķīdumu, un tā zemā blīvuma (2,7 g/cm³) dēļ iegūst vieglu dizainu. Tomēr alumīnija saturam, kas pārsniedz 7 masas %, ir tendence veidot trauslu Ti3Al fāzi un samazināt plastiskumu, tāpēc to parasti kontrolē 5–6 %.

 

Bors, skābeklis un slāpeklis arī pieder pie -stabilizējošiem elementiem. Bors ir kā "vitamīns". Neliels daudzums var rafinēt graudus un uzlabot apstrādājamību. Skābeklis un slāpeklis var stiprināt titānu, bet krasi samazināt tā plastiskumu, padarot tos par piemaisījumiem, kuriem nepieciešama stingra kontrole. Kausēšanas laikā ir nepieciešama ūdeņraža satura kontrole, lai novērstu ūdeņraža trauslumu.

 

 

Pretēji -stabilizējošajiem elementiem, -stabilizējošie elementi pazemina -transusa temperatūru un paplašina -fāzes apgabalu, ļaujot sakausējumam pēc dzēšanas saglabāt stabilu fāzi. Tie ievērojami uzlabo izturību, apstrādājot šķīdumu un novecojot, vienlaikus nodrošinot plastiskumu, stingrību un apstrādājamību. Tie ir sadalīti divās kategorijās: izomorfie un eitektoīdi -stabilizējošie elementi.

 

Izomorfie -stabilizējošie elementi

Molibdēnam ir ievērojams stiprinošs efekts, tas uzlabo telpas/augstas -temperatūras izturību, rūdāmību un termisko stabilitāti, un to plaši izmanto augstas temperatūras titāna sakausējumos.

 

Vanādijs veido Ti6Al4V ar titānu un alumīniju, kas veido vairāk nekā 50% no titāna sakausējumu tirgus. Šim sakausējumam ir augsta izturība, izturība pret koroziju un metināmība, un to izmanto kosmosa, kuģu būves un citās jomās.

 

Niobijam ir viegls stiprinošs efekts un tas ievērojami uzlabo plastiskumu un stingrību, padarot to par izplatītu izvēli medicīniskiem titāna sakausējumiem.

Tantalam ir vāja stiprinoša iedarbība un augsts blīvums, tas uzlabo izturību pret oksidēšanu un koroziju, un tas tiek izmantots tikai nelielos daudzumos augstas klases sakausējumos{0}.

 

Eitektoīds -Stabilizācijas elementi

Hromam ir augsta izturība un augsta plastika. To var stiprināt ar termisko apstrādi, un to izmanto augstas -stiprības konstrukcijas komponentos.

 

Dzelzs, spēcīgs -stabilizējošais elements ar zemām izmaksām, var aizstāt vanādiju, taču tam ir slikta termiskā stabilitāte un tā ir pakļauta segregācijai.

 

Silīcijs, neliels papildinājums, var uzlabot termisko izturību un karstumizturību, un to galvenokārt izmanto aviācijas dzinēju{0}}augstas temperatūras komponentos.

 

 

Neitrālie elementi maz ietekmē titāna -transusa temperatūru. To atomu izmērs un īpašības ir tuvu titāna atomu izmēriem un īpašībām, kas ļauj bezgalīgi daudz cietu šķīdumu gan fāzēs, gan fāzēs. Tie galvenokārt līdzsvaro sakausējuma veiktspēju un uzlabo izturību augstā-temperatūrā, nemainot titāna galvenās īpašības. Parasti izmanto cirkoniju un alvu.

 

Cirkonija īpašības ir ļoti līdzīgas titānam, ar vāju telpas temperatūru stiprinošu efektu, taču tas var ievērojami uzlabot termisko izturību un stabilitāti augstā temperatūrā, un to plaši izmanto augstas temperatūras titāna sakausējumos.

Alvai ir vēl vājāka telpas{0}}temperatūras pastiprinošā iedarbība, un tā var uzlabot termisko izturību. Kombinācijā ar alumīniju tas var vēl vairāk optimizēt veiktspēju augstā{2}}temperatūras apstākļos.

 

 

Praktiskā pielietojumā viens elements diez vai atbilst sarežģītu darba apstākļu prasībām. Lielākajai daļai praktisko titāna sakausējumu ir izmantots vairāku-elementu sinerģisks dizains, lai, izmantojot precīzu proporciju, iegūtu papildu priekšrocības.

Ti6Al4V ir klasisks pārstāvis. Apvienojumā ar alumīniju un vanādiju tas veido + dupleksu struktūru, integrējot izturību, plastiskumu, stingrību un metināmību.

 

Augstas -temperatūras titāna sakausējumi, piemēram, Ti60 un Ti65, panāk sinerģiju, izmantojot elementus, tostarp alumīniju, cirkoniju un molibdēnu, pievienojot retzemju metālus. Tos var izmantot virs 600 grādiem, laužot ārvalstu tehnoloģisko monopolu.

 

Medicīniskais Ti29Nb13Ta4.6Zr sakausējums galvenokārt sastāv no -stabilizējošiem elementiem, piemēram, niobija un tantala. Tam ir cilvēka kaulu elastības modulis un lieliska bioloģiskā saderība, un to plaši izmanto implantos, piemēram, mākslīgajās locītavās un kaulu nagos.

Tādiem sakausējumiem kā IMI834 un Ti1100 aeromotoriem ir precīza alumīnija, alvas, molibdēna un silīcija proporcijas, saglabājot izcilu šļūdes pretestību 600 grādu leņķī, un tie ir galvenie materiāli kompresoru lāpstiņām un diskiem.