Titaanvarraste ja titaanisulamist varraste omadused ja kuumtöötlusprotsessid

Avaleht > Teadmised > Titaanvarraste ja titaanisulamist varraste omadused ja kuumtöötlusprotsessid

Titaan on toatemperatuuril õhu käes väga stabiilne. Kuumutamisel 400-550°C-ni tekib pinnale tugev oksiidkile, mis kaitseb seda edasise oksüdeerumise eest. titaan on tugev võime neelata hapnikku, lämmastikku ja vesinikku. Need gaasid on metallilise titaani jaoks väga kahjulikud lisandid. Isegi väga väike kogus (0.01% ~ 0.005%) võib selle mehaanilisi omadusi tõsiselt mõjutada.


Titaaniühenditest on kõige praktilisem väärtus titaandioksiid (TiO2). Ti02 on inimkeha suhtes inertne ja mittetoksiline. Sellel on rida suurepäraseid optilisi omadusi. Ti02 on läbipaistmatu ning sellel on kõrge läige ja valge värvus, kõrge murdumisnäitaja ja hajuvus, tugev peitevõime ja hea hajuvus. Toodetud pigment on valge pulber, üldtuntud kui titaanvalge, mida kasutatakse laialdaselt. Välimuselt sarnaneb titaanvarras väga terasele, tihedusega 4.51 g/cm3, mis on alla 60% terasest. See on tulekindlate metallide seas madalaima tihedusega metallelement. Titaani mehaanilised omadused, mida tavaliselt nimetatakse mehaanilisteks omadusteks, on tihedalt seotud puhtusega. Kõrge puhtusastmega titaanil on suurepärased töötlemisomadused, hea venivus ja pindala vähenemine, kuid selle tugevus on madal ja see ei sobi kasutamiseks konstruktsioonimaterjalina. Tööstuslik puhas titaan sisaldab mõõdukas koguses lisandeid, on kõrge tugevuse ja plastilisusega ning sobib konstruktsioonimaterjalide valmistamiseks.


Titaanisulamid jagunevad madala tugevusega ja suure plastilisusega, keskmise tugevusega ja kõrge tugevusega, vahemikus 200 (madal tugevus) kuni 1300 (kõrge tugevus) MPa, kuid üldiselt titaanisulamid võib pidada ülitugevateks sulamiteks. Need on tugevamad kui keskmise tugevusega alumiiniumsulamid, mis võivad tugevuse poolest mõnda tüüpi terast täielikult asendada. Võrreldes alumiiniumisulamite tugevuse kiire vähenemisega temperatuuril üle 150 °C, suudavad mõned titaanisulamid säilitada hea tugevuse ka 600 °C juures.


Tihedat metallist titaani hindab lennundustööstus kõrgelt selle kerge kaalu, alumiiniumisulamist suurema tugevuse ja võime tõttu säilitada kõrgetel temperatuuridel alumiiniumist kõrgemat tugevust. Arvestades asjaolu, et titaani tihedus on 57% terasest, selle eritugevus (tugevuse/massi suhet või tugevuse/tiheduse suhet nimetatakse eritugevuseks) on kõrge ning selle korrosiooni-, oksüdatsiooni- ja väsimusvastased omadused on tugevad. 3/4 titaanisulamitest kasutatakse konstruktsioonimaterjalidena, mida esindavad kosmosetööstuse struktuurisulamid, ja 1/4 kasutatakse peamiselt korrosioonikindlate sulamitena. Titaanisulamil on kõrge tugevus ja madal tihedus, head mehaanilised omadused, hea sitkus ja korrosioonikindlus. Lisaks on titaanisulamitel halb protsess ja neid on raske töödelda. Termilise töötlemise käigus imavad nad kergesti lisandeid, nagu vesinik, hapnik, lämmastik ja süsinik. Samuti on sellel halb kulumiskindlus ja keeruline tootmisprotsess. Titaani tööstuslik tootmine algas 1948. aastal. Lennutööstuse arendamise vajadus on põhjustanud titaanitööstuse arengu keskmiselt umbes 8% aastas. Praegu on maailma aastane titaanisulamite töötlemismaterjalide toodang jõudnud enam kui 40,000 30 tonnini, ligi 6 tüüpi titaanisulami klassides. Kõige laialdasemalt kasutatavad titaanisulamid on Ti-4Al-4V (TC5), Ti-2.5Al-7Sn (TA1) ja tööstuslik puhas titaan (TA2, TA3 ja TAXNUMX).


Titaanvarraste ja titaanisulamist varraste jaoks on kolm kuumtöötlusprotsessi:


1. Tahke lahuse töötlemine ja vanandamine: eesmärk on parandada selle tugevust. Alfa-titaanisulamit ja stabiilset beeta-titaanisulamit ei saa tugevdada ja kuumtöödelda ning neid lõõmutatakse ainult tootmise ajal. Väikest kogust α-faasi sisaldavaid α+β-titaanisulameid ja metastabiilseid β-titaanisulameid saab veelgi tugevdada tahke lahusega töötlemise ja vananemisega.


2. Pinge leevendav lõõmutamine: Eesmärk on kõrvaldada või vähendada töötlemisel tekkivat jääkpinget. Vältige keemilist rünnakut ja vähendage deformatsiooni mõnes söövitavas keskkonnas.


3. Täielik lõõmutamine: eesmärk on saavutada hea sitkus, parandada töötlemisjõudlust, hõlbustada ümbertöötlemist ning parandada mõõtmete ja struktuuri stabiilsust.