Rozdiel medzi zliatinami liateho titánu a zliatinou titánu

Zliatiny titánu sa kvôli svojej vysokej pevnosti, odolnosti proti korózii a ľahkých vlastností stali základnými materiálmi v leteckom, lekárskom, chemickom a iných oblastiach. V rámci klasifikácie zliatin titánu sú však „obsadené zliatiny titánu“ a „zliatiny Titánového zliatiny“ často zmätené. Aj keď sú obidve materiály na báze titánu, výrazne sa líšia v ich príprave, mikroštruktúrach, výkonnostných charakteristikách a aplikáciách.

Definícia a klasifikácia: východiskový bod materiálovej formy

Zliatiny titánu sa tvoria pridaním zliatinových prvkov, ako je hliník, vanadium a molybdén do titánovej matrice. Ich klasifikácia je primárne založená na fázovom zložení a správaní tepelného spracovania:

-Zliatiny typu (napr. TI-5AL-2,5SN): vynikajúci výkon vysokej teploty, používaný v komponentoch motorov lietadiel;

-Zliatiny typu (napr. TI-10V-2FE-3AL): vysoká pevnosť, vhodná pre vysoko pevné konštrukčné časti;

+ - Zliatiny typu (napr. TI-6AL-4V): Optimálny celkový výkon, účtovanie viac ako 50% využitia zliatiny titánu.

Zliatinové zliatiny Titánu sú špeciálnou formou zliatiny titánu, ktorá odkazuje na komponenty zliatiny titánu, ktoré sú priamo tvorené procesmi, ako je odlievanie investícií a odlievanie grafitov. Jeho základnou vlastnosťou je „integrálne formovanie“, čo umožňuje výrobu komplexných geometrií s minimálnym alebo žiadnym obrábaním. Napríklad komponenty, ako sú prúdové krky lietadlového motora a ponorkové vrtule, sa spoliehajú na odlievanie na presné formovanie.

 

Tok procesu: rozdiely v ceste od topenia po formovanie

Príprava zliatin z kovaných zliatin titánu sa primárne spolieha na termomechanické procesy, ako je kovanie, valcovanie a extrúzia. Proces zahŕňa:

Topenie surovín: Titánske ingoty sa topia vo vákuovej konzumnej oblúkovej peci (VAR);

Otvorené kovanie: Viacsmerové kovanie vo fáze alebo + fázovej oblasti sa vykonáva na rozbitie hrubých zŕn;

Tepelné spracovanie: Ošetrenie roztoku kombinované s ošetrením starnutím sa používa na kontrolu mikroštruktúry a vlastností.

Príprava zliatiny obsadeného titánu je sústredená na obsadenie investícií s nasledujúcimi procesmi:

Vytváranie vzorov: Vosk alebo 3D tlačená živici sa vytvára na základe tvaru dielu;

Príprava plášťa: refraktérny materiál je potiahnutý na povrchu vzoru, čím sa vytvorí keramická plesňová škrupina;

Topenie a nalievanie: Zliatina titánu sa roztopí a naleje sa do škrupiny formy vo vákuu alebo ochrane inertného plynu;

Po spracovaní: Plesňu sa odstráni, brána je rezaná a na odstránenie pórovitosti sa vykonáva horúca izostatická lisovanie (bedra).

Kľúčový rozdiel:Krutované zliatiny titánu vylepšujú svoje zrná plastickou deformáciou, zatiaľ čo zliatiny titánu sa spoliehajú na topenie a tuhnutie na kontrolu svojej mikroštruktúry. Napríklad zliatina ZTC4 (TI-6AL-4V na odlievanie) môže vykazovať mikroporozitu vo svojich odliatkoch bez bedra, zatiaľ čo vyvolané TI-6AL-4V vykazuje rovnomernú, rovnovážnu štruktúru zŕn.

 

Mikroštruktúra: zdroj rozdielov výkonu

Charakteristiky mikroštruktúry zliatiny z zliatiny Titánu:

Equiaxované zrná: získané dôkladným kovaním, čo vedie k veľkosti jemného zŕn (<10μm) and uniform mechanical properties;

Duplexná štruktúra: a fázy sú distribuované v lamelárnych vzorcoch, vyvažovacia sila a húževnatosť;

Štruktúra košíkov: Pretkané lamely sa tvoria po kovaní vysokoteplotných, čo vedie k vynikajúcemu odporu tečenia.

Charakteristiky mikroštruktúry zliatiny titánu:

Hrubé stĺpcové zrná: Kryštály prednostne rastú v smere tepelného prietoku počas tuhnutia, náchylné na anizotropiu;

Mikroporozita: Nedostatočné kŕmenie zmršťovania vedie k zvýšenej pórovitosti, čo si vyžaduje tlačenie izostatického hrotu (HIP);

-Plaky: Lokalizované obohatenie fázy, ktoré potenciálne znižuje únavový výkon.

Porovnanie prípadu:Pevnosť v ťahu zliatin ZTC4 pri 500 stupňoch je 800-900 MPa, zatiaľ čo kovaný TI-6AL-4V dosahuje 950-1050 MPa pri rovnakej teplote. Proces odlievania však môže produkovať zložité, tenkostenné štruktúry s hrúbkou steny iba 2 mm, čo je ťažké dosiahnuť pri procese kovania.

 

Výhody výkonu: diferencované výbery v scenári aplikácie

Výhody deformovaných zliatin titánu:

Vysoká pevnosť a húževnatosť: Tepelné spracovanie umožňuje presnú kontrolu sily a ťažkosti;

Homogenita mikroštruktúry: vhodná pre komponenty podliehajúce dynamickým zaťažením, ako je napríklad podvozok lietadiel;

Kvalita povrchu: nízka drsnosť povrchu po spracovaní a zlepšenie odolnosti proti korózii.

Výhody obsadených zliatin titánu:

Schopnosť tvorby zložitej štruktúry: schopná vyrábať komponenty s komplexnými vnútornými dutinami a tenkostennými štruktúrami, ako sú napríklad vrstvy leteckých motorov;

Vysoké využitie materiálu: Procesy v tvare v takmer mene znižujú pracovné zaťaženie a náklady na výrobu;

Účinnosť výroby: krátkodobé časy cyklu za kus, vhodné pre výrobky s malými a vysokými hodnotami.

Typické aplikácie:

Aerospace: Kované zliatiny titánu sa používajú v podvozku C919 a odlievajúce zliatiny titánu sa používajú v kryte skokového motora;

Lekárske: Krutované zliatiny titánu sa používajú v umelých kĺbových kmeňoch a obsadené zliatiny titánu sa používajú na prispôsobených kostných doskách;

Chemické: Krutované zliatiny titánu sa používajú vo zväzkoch trubice tepla a zliatiny titánu odlievaní sa používajú v vložkách reaktorov.

 

Technické výzvy a trendy rozvoja

Výzvy obsadených zliatin titánu:

Pórovitosť a segregácia: Na zlepšenie mikroštruktúry sú potrebné nátlaky a modifikáciu horúceho izostatické;

Náklady na plesne: Cyklus prípravy keramického škrupiny je dlhý a náklady na každú pleseň sú vysoké;

Dimenzionálna presnosť: Zmršťovanie solidifikácie spôsobuje rozmerové odchýlky, ktoré si vyžadujú optimalizáciu prostredníctvom technológie výroby aditív.

Vývojové trendy:

Konvergencia výroby aditív: Používanie topenia elektrónových lúčov (EBM) alebo selektívne laserové topenie (SLM) technológií na dosiahnutie digitálnej výroby zliatiny liatého titánu;

Nízkorozpočtové procesy: Vývoj technológie topenia indukcie studeného téglika (ISM) na zníženie nákladov na odliatky zliatiny titánu;

Vývoj nových zliatin: napríklad rodina zliatiny Ti-AL-V-ZR, ktorá zvyšuje pevnosť vysokej teploty a odolnosť proti korózii zliatiny odliatkov.

 

Rozdiel medzi zliatinami odliatkov a zliatiny Titánu je v podstate bojom medzi „výrobou založenou na dizajne“ a „výrobou založenou na výkone“. Prvý sa zameriava na zložité štrukturálne formovanie, zatiaľ čo druhé je pre extrémnu optimalizáciu výkonu. V leteckom priemysle sa tieto dva často používajú v tandeme: liate zliatiny titánu sa používajú na výrobu krytov, zatiaľ čo zliatiny kovaného titánu sa používajú na výrobu čepelí, ktoré spoločne vytvárajú vysoko účinné pohonné jednotky.