Titano našumo krištolinė struktūra

Grynas titanas patiria alotropinę transformaciją 882 laipsnių (1620 laipsnių F).

Žemiau 882 laipsnių → titanas egzistuoja kaip -Ti (alfa titanas)

Virš 882 laipsnių → titanas virsta -Ti (beta titanu)

Ši fazinė transformacija yra viena iš svarbiausių priežasčių, dėl kurių titano lydiniai gali būti sukurti labai skirtingiems stiprumo, plastiškumo, atsparumo nuovargiui ir karščiui deriniams.

Fazė (alfa titano): stabili,{0}}atspari korozijai, suvirinama

Alfa titano kristalų struktūra yra šešiakampė{0}}glaudžiai supakuota (HCP).

Pagrindiniai privalumai

Puikus atsparumas korozijai

Puikus suvirinamumas

Išskirtinis atsparumas šliaužimui

Geras aukštos{0}}temperatūros stabilumas

Puikus biologinis suderinamumas

Apribojimai

Negalima žymiai sustiprinti termiškai apdorojant

Vidutinis stiprumas, palyginti su pažangiais lydiniais

Tipinės programos

Cheminio apdorojimo įranga

Jūros vandens šilumokaičiai

Medicinos prietaisai

Gėlinimo sistemos

Įprasti alfa lydiniai

1 klasės titanas

2 klasės titanas

7 klasės titanas (Pd{1}}padidintas atsparumas korozijai)

Fazė (beta titano): formuojama, termiškai apdorojama, itin{0}}didelio stiprumo

Beta titano kristalų struktūra yra{0}}centruota kubinė (BCC).

Pagrindiniai privalumai

Puikus formavimas šaltai

Gilus grūdinimas

terminis{0}}apdorojimas

Labai didelis stiprumo potencialas

Mažesnis tamprumo modulis kai kurioms biomedicinos reikmėms

Apribojimai

Mažiau termiškai stabilus nei alfa lydiniai

Brangesnis dėl legiravimo priedų

Tipinės programos

Orlaivių erdvės tvirtinimo detalės

Ortodontiniai laidai

Važiuoklės komponentai

Didelio{0}}stiprumo spyruoklės

Įprasti beta lydiniai

Beta C (Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr)

Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al

Ti-5553

Ti-10V-2Fe-3Al

+ Titano lydiniai: geriausias iš abiejų pasaulių

Plačiausiai naudojami titano lydiniai turi ir alfa, ir beta fazes.

Šie lydiniai sujungia:

Didelis stiprumas

Puikus atsparumas nuovargiui

Geras suvirinamumas

Išskirtinis atsparumas korozijai

terminio{0}}apdorojimo galimybė

Populiariausias lydinys: Ti-6Al-4V (5 klasė / TC4)

Ti-6Al-4V sudaro didžiąją dalį titano lydinio suvartojimo pasaulyje.

Aliuminis (Al) stabilizuoja fazę

Vanadis (V) stabilizuoja fazę

Programos

Lėktuvų konstrukcijos dalys

Turbinos komponentai

Ortopediniai implantai

Jūrų techninė įranga

3D spausdintos titano detalės

Medicininis variantas

Ti-6Al-4V ELI (23 klasė, ASTM F136)

Legiravimo elementai: kas ką stabilizuoja?

Stabilizatoriai

Tai padidina alfa{0}}į-beta transformacijos temperatūrą.

Aliuminis (Al)

Deguonis (O)

Azotas (N)

Anglis (C)

Stabilizatoriai

Jie sumažina transformacijos temperatūrą ir gali išlaikyti beta fazę kambario temperatūroje.

Izomorfiniai beta stabilizatoriai

Vanadis (V)

Molibdenas (Mo)

Niobis (Nb)

Tantalas (Ta)

Eutektoido beta stabilizatoriai

Geležis (Fe)

Chromas (Cr)

Manganas (Mn)

Neutralūs elementai

Cirkonis (Zr)

Alavas (Sn)

Tai pagerina bendras mechanines savybes, stipriai nekeičiant fazių balanso.

Titano lydinio klasifikacija

Alfa lydiniai

Pavyzdžiai: TA1, TA2, 1 klasė, 2 klasė

Savybės:

Puikus atsparumas korozijai

Puikus suvirinamumas

Stabili mikrostruktūra

Alfa{0}}Beta lydiniai

Pavyzdžiai: TC4, Ti-6Al-4V, Ti-6242

Savybės:

Subalansuota jėga ir tvirtumas

Termiškai apdorojamas

Plačiai naudojamas aviacijos ir medicinos sektoriuose

Beta lydiniai

Pavyzdžiai: TB5, Ti-5553, Beta C

Savybės:

Itin{0}}didelio stiprumo

Puikus formavimas šaltai

Pažangios kosmoso programos

Kodėl alfa ir beta fazės svarbios 3D spausdinimui

Naudojant lazerinį miltelių sluoksnį (LPBF) ir elektronų pluošto lydymą (EBM), aušinimo greitis stipriai veikia alfa{0}}beta fazės evoliuciją.

Gamintojai naudoja:

Gydymas tirpalu ir senėjimas

Karštas izostatinis presavimas (HIP)

Atkaitinimas nuo streso

valdyti:

Martensitinė transformacija

Nuovargio našumas

Liekamasis stresas

Mikrostruktūros vienodumas

Tai labai svarbu aviacijos ir kosmoso{0}}sertifikuotų ir implantų{1} kokybės priedų gamybai.

Kodėl jie svarbūs medicininiams implantams

Šiuolaikiniai implantų dizaineriai vis dažniau naudoja beta titano lydinius, nes jie siūlo:

Apatinis tamprumo modulis

Sumažinta streso apsauga

Pagerinta kaulų integracija

MRT suderinamumas

Puikus biologinis suderinamumas

Populiariausi biomedicininiai lydiniai:

Ti-6Al-4V ELI

Ti-13Nb-13Zr

Ti-24Nb-4Zr-8Sn

Kodėl jie svarbūs aviacijos erdvėje

Aviacijos ir erdvės inžinieriai pritaiko fazių balansą, kad optimizuotų:

Specifinis stiprumas

Atsparumas nuovargiui

Tvirtumas lūžiams

Atsparumas šliaužimui

Atsparumas pažeidimams

Pavyzdžiai:

Ti-6Al-4V lėktuvų korpusams

Ti-6242 kompresoriaus komponentams

Ti-17 ir Ti-5553 važiuoklės ir konstrukcijų kaltiniams

Paprasta santrauka

Alfa ir beta yra kristalų struktūros, o ne atskiri metalai.

882 laipsniai yra gryno titano fazės transformacijos temperatūra.

Alfa fazė užtikrina stabilumą, atsparumą korozijai ir suvirinamumą.

Beta fazė suteikia formuojamumo ir{0}}termiškai apdorojamo itin{1}}didelio stiprumo.

Alfa-beta lydiniai, tokie kaip Ti-6Al-4V, užtikrina geriausią bendrą našumą.

Fazių valdymas yra titano lydinio dizaino pagrindas aviacijos, medicinos, jūrų ir priedų gamyboje.