Titaanisulamite omadused: tugevus, kuumakindlus ja korrosiooniandmed

Mida numbrid tegelikult räägivad

Kaubandusliku puhtusega titaani tihedus on 4,5 g/cm³, sulamistemperatuur on 1800 kraadi lähedal, soojusjuhtivus 15,24 W/(m·K) ja 99,5% puhtusastmega tõmbetugevus on umbes 539 MPa, pikenemine 25%, elastsusmooduli pindala väheneb 25%.078. 10⁵ MPa ja Brinelli kõvadus on ligikaudu HB 195. Need on legeerimata materjali veski sertifikaadi andmed. Lisage 6% alumiiniumi ja 4% vanaadiumi ning tõmbetugevus tõuseb üle 895 MPa, samas kui tihedus liigub vaid 4,43 g/cm³-ni. See suhe, mitte absoluutne tugevus, on põhjus, miks titaanisulamid asendavad terase ja alumiiniumi kaalult{17}}kriitilisi struktuure.

Kõrge eritugevus

Töömõõdik on tugevus jagatud tihedusega. Titaanisulamid sisaldavad umbes 4,5 g/cm³, mis on umbes 60% terasest, samas kui nende tõmbetugevus läheneb tavaliste legeeritud konstruktsiooniteraste omale või ületab seda. Eritugevus langeb seetõttu tunduvalt kõrgemale terasest ja enamikust alumiiniumisulamitest. Lennuki mootori riistvara, lennukikere skeletid, paneelid, kinnitusdetailid ja telik on klassikalised kasusaajad: siin säästetud kilogramm on kaks või kolm korda säästetud kilogramm, kui seda kandva konstruktsiooni suurust muudetakse.

Kõrge termiline tugevus ja 500 kraadi lagi

Titaanisulamid säilitavad kasuliku tugevuse 450–500 kraadi juures, samas kui alumiiniumisulamid kaotavad suure osa omast üle 150 kraadi ja neid kasutatakse harva üle 200 kraadi. 150–500 kraadi titaani eritugevuse eelis alumiiniumi ees suureneb pidevalt, mistõttu on gaasiturbiinide loomulikud kasutusalad kompressoriastmed, kuum{7}}sektsiooniklambrid ja heitgaasi -külgnevad struktuurid. Üle 500 kraadi oksiidikiht laguneb ja hapniku difusioon pinnale muutub piiravaks teguriks, mitte mehaaniliseks tugevuseks.

Korrosioonikäitumine

Niiskes õhus ja merevees ületab titaan roostevaba terast suurel määral. See on vastupidav täppidele, pragudele, happekorrosioonile ja pingekorrosioonile ning peab hästi vastu leelist, kloriidi ja kloori-kandvas orgaanilises keskkonnas, lämmastikhappes ja lahjendatud väävelhappes. Sama kile, mis kaitseb seda oksüdeerivates tingimustes, ei tööta tugevalt redutseerivas keskkonnas: kuiv kloor, kõrge kontsentratsiooniga vesinikkloriidhape ja soojad redutseerivad happevood ründavad titaani ning kroomisoola lahused on veel üks nõrk koht. Pallaadiumi lisamisel, nagu Pd-kandvate klasside puhul, paraneb märkimisväärselt vastupidavus redutseerivale happele. Lämmastikhappe teenus on titaani tugevaim territoorium ja seetõttu domineerib see karbamiidi ja lämmastikhappetehase seadmetes.

Krüogeenne käitumine

Titaanisulamid säilitavad mehaanilised omadused madalal ja ülimadalal{0}}temperatuuril. Väga madala interstitsiaalse sisaldusega sulamiklassid säilitavad mõõdetava plastilisuse temperatuuril –253 kraadi, mistõttu ilmuvad vedela vesiniku ja vedela hapniku riistvaras madalad-vahe- ja ELI-klassid. Interstitsiaalne sisaldus on kontrolliv muutuja: hapnik ja lämmastik suurendavad tugevust, kuid vähendavad tugevust madalal temperatuuril.

Keemiline aktiivsus ja töötlemise tagajärjed

Titaan reageerib kergesti hapniku, lämmastiku, vesiniku, süsinikmonooksiidi, süsinikdioksiidi, veeauru ja ammoniaagiga. Üle 0,2 % süsinik moodustab kõvasid TiC osakesi; lämmastik tekitab kõva TiN pinnakihi; üle 600 kraadi titaan neelab hapnikku ja moodustab kõvastunud kihi; ja vesiniku tõus tekitab samuti rabeda kihi. Gaasi neeldumine ja sellest tulenev kõva, rabe kest ulatub 0,1–0,15 mm sügavusele ja tõstab pinna kõvadust 20–30%, mis kõik tuleb enne detaili kasutuselevõttu peitsimise või töötlemisega eemaldada.

Sama afiinsus põhjustab ka nakkumist libisevate kontaktpindadega ning madal soojusjuhtivus 15,24 W/(m·K) tähendab, et kuumus ei liigu lõikekohast eemale. Koos elastsusmooduliga, mis on umbes pool terasest, annab see tuttava titaani töötlemise tunnuse: töödeldud pinna tugev vedru-, umbes kaks kuni kolm korda suurem kui roostevaba teras, intensiivne hõõrdumine ja materjali survekeevitus tööriista pinnale pärast katte kulumist.

Ruumi-temperatuuri aktsepteeritavad väärtused

Need väärtused on ASTM B265 alusel plaadi, lehe ja riba, ASTM B348 varda ja toorikute ning ASTM B338 torude jaoks vastuvõetavad põrandad. Tarnijal, kes teatab tõmbetulemusest põranda all, on kuumus mittevastav-, mitte hea kuumus, olenemata sertifikaadi sõnastusest.

Korduma kippuvad küsimused

Q:Miks asendab titaanisulam alumiiniumi mõnes lennukikere osas?
V: Kuna selle eritugevuse eelis kasvab koos temperatuuriga ja see ühildub süsinikkiust struktuuridega, kus alumiinium võib galvaaniliselt korrodeeruda. Kompromiss-on kõrgem hind ja raskem töötlemine.

Q:Mis piirab titaani ülemist töötemperatuuri umbes 500 kraadini?
V: Oksüdatsioon ja interstitsiaalne difusioon, mitte mehaaniline tugevus. Sellest vahemikust kõrgemal kogub pinnakiht kiiresti hapnikku ja lämmastikku ning kahjustatud tsooni mehaanilised omadused halvenevad.

Q:Kas titaan sobib merevee soojusvahetiteks?
V: Jah, ja see on tavaline valik. 2. klassi toru ASTM B338 kohta on vastupidav merevees tekkivatele aukudele ja pragudele ning õhuke, stabiilne oksiidkile võimaldab suuri veekiirusi ilma erosiooni-korrosioonita.

Q:Millised keskkonnad ründavad titaani?
V: Tugevalt redutseeriv keskkond: kuiv kloor, kontsentreeritud vesinikkloriidhape, soojad redutseerivad happevood ja mõned kroomisoola lahused. Pallaadiumi-stabiliseeritud sordid, nagu 7. klass, sobivad selle vahemiku leebema otsaga.

Q:Miks töötab titaanist teras terasega võrreldes nii halvasti?
V: Madal soojusjuhtivus koondab kuumuse lõikeservale ja madal elastsusmoodul tekitab tugevat vedru-tagasi ja saginat. Mõlemad mõjud suurendavad tööriista survet ja kiirendavad haardumise kulumist.

Q:Kas legeerelementide lisamine vähendab korrosioonikindlust?
V: Mitte oksüdeerivates keskkondades, kus tavaliselt titaani kasutatakse. Alumiinium ja vanaadium suurendavad tugevust ning pallaadiumi või molübdeeni lisandid parandavad redutseeriva keskkonna jõudlust, mis muidu kahjustaks legeerimata klassi.