Titanyum hakkında temel bilgiler

Titanyum, 1950'lerde geliştirilen önemli bir yapısal metaldir. Titanyum alaşımları, yüksek özgül mukavemeti, iyi korozyon direnci ve yüksek ısı direnci nedeniyle çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Dünyadaki birçok ülke titanyum alaşımlı malzemelerin önemini kabul etti ve bunları art arda inceleyerek geliştirdi ve pratik uygulama elde etti. Titanyum periyodik tablodaki dördüncü B elementidir. Çeliğe benzer ve erime noktası 1 672 C'dir. Ateşe dayanıklı bir metaldir. Titanyum kabukta bol, Cu, Zn, Sn ve Pb gibi yaygın metallerden çok daha yüksektir. Çin'deki titanyum kaynakları son derece boldur. Sadece Sichuan Eyaleti, Panzhihua bölgesinde bulunan süper büyük vanadyum-titanyum manyetitinde, ilgili Titanyum rezervleri yaklaşık 420 milyon tondur, bu da yurtdışındaki toplam kanıtlanmış Titanyum rezervlerine yakındır. Titanyum alaşımları ısıya dayanıklı alaşımlar, yüksek mukavemetli alaşımlar, korozyona dayanıklı alaşımlar (Ti-Mo, Ti-Pd alaşımları, vb.), Düşük sıcaklık alaşımları ve özel fonksiyonel alaşımlar (Ti-Fe hidrojen depolama malzemeleri ve Ti-Ni bellek) olarak ikiye ayrılabilir. alaşımları).

Titanyum Alaşımı Elemanları

Titanyum alaşımları, titanyum bazlı alaşımlardır ve diğer elementlerle birlikte eklenir. Titanyumun iki tür homojen heterojen kristali vardır: 882 C'nin altında yoğun altıgen yapıya sahip alfa titanyum ve vücut merkezli kübik yapısı 882 C'nin üzerinde olan beta titanyum. Alaşım elementleri faz dönüşüm sıcaklığı üzerindeki etkilerine göre üç kategoriye ayrılabilir: 1. Alfa fazını stabilize eden ve faz dönüşüm sıcaklığını arttıran elementler, alüminyum, karbon, oksijen ve azot dahil olmak üzere alfa stabil elementlerdir. Bunlar arasında alüminyum, titanyum alaşımının ana alaşım elementidir. Oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıkta mukavemeti arttırmak, özgül ağırlığı azaltmak ve alaşımın elastik modülünü arttırmak üzerinde bariz bir etkiye sahiptir. (2) Kararlı beta fazı ve azalan faz geçiş sıcaklığı, iki tipe ayrılabilen beta kararlı elementlerdir: izomorfik ve ötektoid. Birincisi molibden, niyobyum ve vanadyum içerirken ikincisi krom, manganez, bakır, demir ve silikon içerir. (3) Zirkonyum ve kalay gibi nötr elemanların faz geçiş sıcaklığı üzerinde çok az etkisi vardır.

Oksijen, azot, karbon ve hidrojen, titanyum alaşımlarındaki ana kirliliklerdir. Oksijen ve azot, alfa fazında daha yüksek çözünürlüğe sahiptir, bu da titanyum alaşımı üzerinde önemli bir güçlendirici etkiye sahiptir, ancak plastisitesini azaltır. Titanyumdaki oksijen ve azot içeriğinin genellikle sırasıyla 0.15-0.2% ve 0.04-0.05%'nin altında olması öngörülmektedir. Hidrojenin alfa fazındaki çözünürlüğü çok azdır. Titanyum alaşımında çözünen aşırı hidrojen, alaşımı kırılgan hale getiren hidrit üretecektir. Genellikle titanyum alaşımlarındaki hidrojen içeriği 0.015%'nin altında kontrol edilir. Hidrojenin titanyumda çözünmesi tersine çevrilebilir.

Titanyum Alaşımlarının Yapısı ve Sınıflandırılması 2

sınıflandırma

Titanyum, erime noktası 1720 (?) C ve alfa titanyum olarak adlandırılan 882'nin (?) Altındaki sıcaklıklarda yoğun bir altıgen kafes yapısına ve 882 (?) C'nin üzerindeki sıcaklıklarda vücut merkezli bir kübik kafes yapısına sahip bir izomerdir. beta titanyum olarak adlandırılır. Farklı mikroyapılara sahip titanyum alaşımları, faz dönüşüm sıcaklığını ve faz içeriğini aşamalı olarak değiştirmek için uygun alaşım elementleri eklenerek elde edilebilir. Titanyum alaşımları, oda sıcaklığında üç çeşit matris yapısına sahiptir. Titanyum alaşımları da üç kategoriye ayrılabilir: alfa alaşımları, (alfa + beta) alaşımları ve beta alaşımları. Çin, sırasıyla TA, TC ve TB ile temsil edilmektedir.

Alfa titanyum alaşımı

Alfa fazlı katı çözeltiden oluşan tek fazlı bir alaşımdır. Hem genel sıcaklıkta hem de daha yüksek pratik uygulama sıcaklığında alfa fazıdır. Saf titanyumdan daha kararlı bir yapıya, daha yüksek aşınma direncine ve güçlü oksidasyon direncine sahiptir. Mukavemeti ve sürünme direnci 500 600 C sıcaklıklarda tutulur, ancak ısıl işlemle güçlendirilemez ve oda sıcaklığında mukavemeti yüksek değildir.

Beta titanyum alaşımı

Beta fazlı katı çözeltiden oluşan tek fazlı bir alaşımdır. Isıl işlem görmeden yüksek mukavemete sahiptir. Söndürme ve eskime işleminden sonra, alaşım daha da güçlendirilir ve oda sıcaklığı mukavemeti 1372-1666 MPa'ya ulaşabilir. Bununla birlikte, termal stabilitesi zayıftır ve yüksek sıcaklıkta kullanım için uygun değildir.

Alfa + beta titanyum alaşımı

İyi kapsamlı özelliklere, iyi yapısal stabiliteye, iyi tokluğa, plastisiteye ve yüksek sıcaklık deformasyon özelliklerine sahip çift fazlı bir alaşımdır. Sıcak basınç altında işlenebilir ve söndürme ve eskime ile güçlendirilebilir. Isıl işlemden sonra, tavlama durumuna kıyasla mukavemet 50%-100% artar ve yüksek sıcaklık mukavemeti 400 500 sıcaklıkta uzun süre çalışabilir ve termal stabilitesi alfa titanyum alaşımından daha düşüktür.

Üç çeşit titanyum alaşımı arasında Alfa-titanyum alaşımı ve alfa + beta-titanyum alaşımı en yaygın olarak kullanılır; Alfa-titanyum alaşımı en iyi işlenebilirliğe sahiptir, bunu alfa + beta-titanyum alaşımı ve beta-titanyum alaşımı takip eder. Alfa titanyum alaşım kodu TA, beta titanyum alaşım kodu TB, alfa + beta titanyum alaşım kodu TC.

Titanyum Alaşımlarının Yapısı ve Sınıflandırılması 3

Titanyum alaşımı uygulaması

Titanyum alaşımları ısıya dayanıklı alaşımlar, yüksek mukavemetli alaşımlar, korozyona dayanıklı alaşımlar (Ti-Mo, Ti-Pd alaşımları, vb.), Düşük sıcaklık alaşımları ve özel fonksiyonel alaşımlar (Ti-Fe hidrojen depolama malzemeleri ve Ti-Ni bellek) olarak ikiye ayrılabilir. alaşımları). Tipik alaşımların bileşimi ve özellikleri tabloda gösterilmektedir.

Isıl işlem prosesi ayarlanarak farklı faz bileşimi ve yapısı elde edilebilir. Genel olarak ince eşitlikli yapının daha iyi plastisite, termal kararlılık ve yorulma mukavemetine sahip olduğuna inanılmaktadır; asiküler yapı daha yüksek mukavemet, sünme mukavemeti ve kırılma tokluğuna sahiptir; equiaxed ve asicular karışık yapı daha iyi kapsamlı özelliklere sahiptir.

Titanyum alaşımları yüksek mukavemetli, düşük yoğunluklu, iyi mekanik özelliklere, iyi tokluğa ve korozyon direncine sahiptir. Ayrıca, titanyum alaşımı zayıf teknolojik performansa ve zor kesime sahiptir. Sıcak çalışmada hidrojen, oksijen, azot ve karbon gibi safsızlıkları emmek kolaydır. Ayrıca zayıf aşınma direnci ve karmaşık üretim süreci de vardır. Sanayileşmiş titanyum üretimi 1948'de başladı. Havacılık endüstrisinin gelişmesiyle birlikte, titanyum endüstrisi yılda ortalama 8% oranında büyüyor. Şu anda, dünyadaki titanyum alaşımlı işleme malzemelerinin yıllık üretimi 40.000 tonun üzerine çıktı ve yaklaşık 30 çeşit titanyum alaşımı derecesi var. En yaygın olarak kullanılan titanyum alaşımları Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) ve endüstriyel saf titanyumdur (TA1, TA 2 ve TA3).

Titanyum alaşımı çoğunlukla uçak motorunun kompresör parçalarını yapmak için kullanılır, ardından roket, füze ve yüksek hızlı uçaklar gelir. 1960'ların ortalarında, titanyum ve alaşımları genel sanayide elektroliz endüstrisinde elektrotlar, enerji santrallerindeki kondenserler, petrol arıtımı ve deniz suyu tuzdan arındırma ısıtıcıları ve çevre kirliliği kontrol cihazları için kullanılmaktadır. Titanyum ve alaşımları bir tür korozyona dayanıklı yapı malzemesi haline gelmiştir. Ayrıca, hidrojen depolama malzemeleri ve şekil hafızalı alaşımlar üretmek için de kullanılır.

Titanyum ve titanyum alaşımları Çin'de 1956'da incelenmiş ve 1960'ların ortalarında sanayileşmiş titanyum malzeme ve TB2 alaşımları üretimi geliştirilmiştir.

Titanyum alaşımı, havacılık endüstrisinde kullanılan yeni ve önemli bir yapısal malzemedir. Özgül ağırlığı, gücü ve servis sıcaklığı alüminyum ve çelik arasındadır, ancak yüksek özgül mukavemete ve mükemmel deniz suyu korozyon direncine ve ultra düşük sıcaklık performansına sahiptir. 1950'de ABD, F-84 avcı bombardıman uçağını arka gövde ısı yalıtım plakası, hava kılavuz başlığı ve kuyruk başlığı gibi yük taşımayan bileşenler olarak ilk kez kullandı. 1960'lardan bu yana, titanyum alaşımlarının kullanımı arka gövdeden orta gövdeye kaymış ve bölmeler, kirişler, kanatlar ve sürgüler gibi önemli yük taşıyan bileşenleri üretmek için yapısal çeliğin kısmen yerini almıştır. Askeri uçaklarda kullanılan titanyum alaşımı miktarı hızla artar ve uçak yapısının ağırlığının 20%-25%'sine ulaşır. Titanyum alaşımları 1970'lerden beri sivil uçaklarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin Boeing 747 yolcu uçaklarında kullanılan Titanyum miktarı 3640 kg'dan fazladır. Mach sayısı 2,5'ten az olan uçaklar için titanyum, yapısal ağırlığı azaltmak için esas olarak çeliğin yerini almak için kullanılır. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri SR-71 yüksek irtifa yüksek hızlı keşif uçağı (Uçan Mach sayısı 3, uçan irtifa 26,212 metre), titanyum uçağın yapısal ağırlığının 93%'sini oluşturuyordu ve “tamamen titanyum” uçak olarak biliniyordu. Uçak motorunun itme-ağırlık oranı 4'ten 6'ya 8'den 10'a yükseldiğinde ve kompresörün çıkış sıcaklığı 200 ila 300 derece C'den 500 ila 600 derece C'ye yükseldiğinde, orijinal düşük basınçlı kompresör diski ve kanadı yapısal ağırlığı azaltmak için alüminyum, titanyum alaşımı veya paslanmaz çelik yerine titanyum alaşımından yapılmış yüksek basınçlı kompresör diski ve bıçağı ile değiştirilmelidir. 1970'lerde, uçak motorlarında kullanılan titanyum alaşımı miktarı, genel olarak yapının toplam ağırlığının 20%-30%'sini oluşturuyordu. Esas olarak dövme titanyum fanlar, kompresör diskleri ve bıçakları, dökme titanyum kompresör kasası, ara kasa, yatak muhafazası vb. gibi kompresör bileşenlerini üretmek için kullanıldı. Uzay aracı esas olarak titanyum alaşımının yüksek özgül mukavemetini, korozyon direncini ve düşük sıcaklık direncini kullanır. çeşitli basınçlı kaplar, yakıt tankları, bağlantı elemanları, alet kayışları, çerçeveler ve roket mermileri üretmek. Titanyum alaşımlı levha kaynaklı bağlantılar, yapay dünya uydularında, ay modülünde, insanlı uzay araçlarında ve uzay mekiklerinde de kullanılmaktadır.