A titánötvözetek tulajdonságai: szilárdság, hőállóság és korróziós adatok
Mar 19, 2024
Amit a számok valójában mondanak
A kereskedelmi tisztaságú titán sűrűsége 4,5 g/cm³, olvadáspontja közel 1800 fok, hővezető képessége 15,24 W/(m·K), és 99,5 %-os tisztaság mellett a szakítószilárdsága körülbelül 539 MPa, 25 %-os nyúlás, 25 %-os rugalmassági modulus csökkenés. 10⁵ MPa, Brinell keménysége pedig nagyjából HB 195. Ezek az adatok az ötvözetlen anyag malomtanúsítványán. Adjon hozzá 6% alumíniumot és 4% vanádiumot, és a szakítószilárdság 895 MPa fölé emelkedik, miközben a sűrűség csak 4,43 g/cm³-ra ugrik. Ez az arány, nem pedig az abszolút szilárdság, az oka annak, hogy a titánötvözetek helyettesítik az acélt és az alumíniumot a súlyban{17}}kritikus szerkezetekben.
Nagy fajlagos szilárdság
Az erő osztva a sűrűséggel a munkamérő. A titánötvözetek körülbelül 4,5 g/cm³, az acél körülbelül 60%-át teszik ki, míg szakítószilárdságuk megközelíti vagy meghaladja a szokásos ötvözött szerkezeti acélokét. A fajlagos szilárdság ezért jóval az acél és a legtöbb alumíniumötvözet fölé esik. A repülőgép hajtóművei, a vázvázak, a burkolatok, a rögzítők és a futóművek a klasszikus haszonélvezők: egy itt megspórolt kilogramm kétszer vagy háromszor megspórolt kilogramm, ha átméretezzük az azt hordozó szerkezetet.
Nagy termikus szilárdság és 500 fokos mennyezet
A titánötvözetek hasznos szilárdságát 450-500 fokon tartják, míg az alumíniumötvözetek 150 fok felett elveszítik a maguk nagy részét, és ritkán használják 200 fok felett. 150 és 500 fok között a titán fajlagos szilárdsági előnye az alumíniummal szemben folyamatosan növekszik, ezért a gázturbinákban a kompresszor fokozatok, a forró -szelvénytartók és a kipufogó -szomszédos szerkezete a természetes alkalmazás. 500 fok felett az oxidréteg lebomlik, és a mechanikai szilárdság helyett az oxigén felületi diffúziója válik a korlátozó tényezővé.
Korróziós viselkedés
Nedves levegőben és tengervízben a titán jelentős mértékben felülmúlja a rozsdamentes acélt. Ellenáll a lyukkorróziónak, a réstámadásnak, a savas korróziónak és a feszültségkorróziós repedésnek, és jól ellenáll lúg-, klorid- és klórtartalmú szerves közegekben, salétromsavban és híg kénsavban. Ugyanaz a film, amely oxidáló körülmények között védi, meghibásodik az erősen redukáló közegekben: a száraz klór, a nagy koncentrációjú sósav és a meleg redukáló saváramok megtámadják a titánt, és a krómsó oldatok is egy másik gyenge pont. Ha palládiumot adnak hozzá, mint például a Pd--tartalmú anyagoknál, a redukáló sav ellenállása jelentősen javul. A salétromsav szolgáltatás a titán legerősebb területe, ezért uralja a karbamid és salétromsav üzem berendezéseit.
Kriogén viselkedés
A titánötvözetek alacsony és ultra{0}}alacsony hőmérsékleten is megőrzik mechanikai tulajdonságait. A nagyon alacsony intersticiális tartalmú ötvözetek –253 fokon mérhető plaszticitást őriznek meg, ezért az alacsony-intersticiális és ELI minőségek megjelennek a folyékony hidrogén és folyékony oxigén hardverében. Az intersticiális tartalom a vezérlő változó: az oxigén és a nitrogén növeli az erőt, de csökkenti a szívósságot alacsony hőmérsékleten.
A kémiai aktivitás és a feldolgozás következményei
A titán könnyen reagál oxigénnel, nitrogénnel, hidrogénnel, szén-monoxiddal, szén-dioxiddal, vízgőzzel és ammóniával. A 0,2 % feletti szén kemény TiC részecskéket képez; a nitrogén kemény TiN felületi réteget hoz létre; 600 fok felett a titán elnyeli az oxigént és megkeményedett réteget épít fel; és a hidrogén emelkedése rideg réteget is eredményez. A gázfelszívódás és az ebből fakadó kemény, törékeny héj 0,1-0,15 mm mélységet ér el, és 20-30 %-kal növeli a felületi keménységet, mindezt pácolás vagy megmunkálás útján kell eltávolítani az alkatrész üzembe helyezése előtt.
Ugyanez az affinitás a csúszó érintkezési felületeknél is tapadást okoz, és az alacsony, 15,24 W/(m·K) hővezető képesség azt jelenti, hogy a hő nem távozik a vágásból. Az acél rugalmassági modulusának körülbelül felével kombinálva ez a titán megmunkálási jellemzőit hozza létre: a megmunkált felület erős rugója-, nagyjából kétszer-háromszorosa a rozsdamentes acélénak, intenzív súrlódás, és a bevonat elhasználódása után az anyag nyomással hegesztése a szerszám felületére.
Helyiség-Elfogadható hőmérsékleti értékek
| Fokozat | UNS | Szakítószilárdság, min | Folyáshatár, 0,2 %, min | Megnyúlás, min | Tipikus használat |
|---|---|---|---|---|---|
| 2. évfolyam | R50400 | 345 MPa | 275 MPa | 20 % | Vegyi üzem, hőcserélők, sótalanítás |
| 5. évfolyam | R56400 | 895 MPa | 828 MPa | 10 % | Repülőgépváz, motortartók, protézisek |
| 7. évfolyam | R52400 | 345 MPa | 275 MPa | 20 % | Csökkentő savszolgáltatás, Pd{0}}stabilizált |
Ezek az értékek az ASTM B265 szabvány szerint a lemezek, lemezek és szalagok, az ASTM B348 a rúd és a tuskó és az ASTM B338 a cső esetében. Annak a szállítónak, aki a padló alatti szakítószilárdságról számol be, nem megfelelő a hője, és nem jó, függetlenül a tanúsítvány megfogalmazásától.
Gyakran Ismételt Kérdések
Q:Miért titánötvözet váltja fel az alumíniumot egyes repülőgép-alkatrészekben?
V: Mert fajlagos szilárdsági előnye a hőmérséklettel nő, és mivel kompatibilis azokkal a szénszálas szerkezetekkel, ahol az alumínium galvanikusan korrodálna. A kompromisszum-a magasabb költség és a nehezebb megmunkálás.
Q:Mi korlátozza a titán felső üzemi hőmérsékletét körülbelül 500 fokra?
V: Oxidáció és intersticiális diffúzió, nem pedig mechanikai szilárdság. E tartomány felett a felszíni réteg gyorsan felveszi az oxigént és a nitrogént, és az érintett zóna mechanikai tulajdonságai romlanak.
Q:Alkalmas-e a titán tengervíz hőcserélőkhöz?
V: Igen, és ez egy szabványos választás. Az ASTM B338-onkénti 2. fokozatú cső ellenáll a tengervízben előforduló lyuk- és hasadéktámadásoknak, és a vékony, stabil oxidfilm nagy vízsebességet tesz lehetővé eróziós-korrózió nélkül.
Q:Milyen környezet támadja meg a titánt?
V: Erősen redukáló közeg: száraz klór, tömény sósav, meleg redukáló saváramok és néhány krómsó oldat. A palládiummal -stabilizált minőségek, mint például a 7. fokozat, ennek a tartománynak az enyhébb végét kezelik.
Q:Miért olyan gyengén megmunkálható a titán az acélhoz képest?
V: Az alacsony hővezető képesség a hőt a vágóélre koncentrálja, az alacsony rugalmassági modulus pedig erős rugózást-vissza és zörgést okoz. Mindkét hatás növeli a szerszámnyomást és felgyorsítja a tapadási kopást.
Q:Az ötvözőelemek hozzáadása csökkenti a korrózióállóságot?
V: Nem olyan oxidáló környezetben, ahol általában titánt használnak. Az alumínium és a vanádium növeli a szilárdságot, a palládium vagy molibdén pedig javítja a redukáló közeg teljesítményét, amely egyébként megtámadná az ötvözetlen minőségeket.
