Flokkun ó-járnmálma og títanblöndur

Hvað eru ó-járnmálmar?

Ó-járnmálmar eru málmar og málmblöndur sem innihalda ekki járn sem aðalefni. Þeir eru venjulega flokkaðir í nokkrar fjölskyldur: léttmálmar (ál, magnesíum, títan, beryllium), þungmálmar (kopar, nikkel, blý, sink, tin), eldfastir málmar (wolfram, mólýbden, tantal, níóbíum), góðmálmar (gull, silfur, platínuhópur), sjaldgæfir málmar og geislavirkir málmar. Vegna þess að þeir bjóða upp á eiginleika sem stál getur ekki passað við - lágþéttni, mikinn sérstyrk, tæringarþol, rafleiðni - eru þeir ómissandi í geimferðum, efnavinnslu, rafeindatækni, sjávarverkfræði og lækningatækni. Títan situr á mörkum léttra og eldföstra málma: þéttleiki þess 4,5 g/cm³ er aðeins 60% af stáli, en bræðslumark þess, 1668 gráður, er hærra en flestra byggingarmálma.

Allotropy of Titanium: The Alpha-Beta Transformation

Hreint títan er allótrópískt: það breytir kristalbyggingu með hitastigi. Fyrir neðan 882 gráður er hann til sem alfafasinn, sexhyrndur loka-pakkað (HCP) grind. Yfir 882 gráður umbreytist það í beta fasa, líkams-miðaða kúbikgrind (BCC). Þetta umbreytingarhitastig, kallað beta transus, er einn mikilvægasti viðmiðunarpunkturinn í títanmálmvinnslu. Transusinn er ekki fastur - málmblöndur annaðhvort hækka hann eða lækka hann - og hvernig birgir stjórnar hitun og kælingu í kringum þessa línu ákvarðar endanlega örbyggingu, og þar með vélræna eiginleika, verksvörunnar.

Blönduefni og hlutverk þeirra

Blönduefni eru flokkuð eftir áhrifum þeirra á beta transus og á stöðugleika hvers fasa:

Alfa stöðugleikar- hækka transus og víkka alfasviðið. Mikilvægust eru ál, súrefni, köfnunarefni og kolefni. Ál er aðal styrkjandi viðbótin í næstum öllum títan málmblöndur í atvinnuskyni og lækkar einnig þéttleika. Súrefni og köfnunarefni styrkjast með millivefslausn en draga verulega úr sveigjanleika, þannig að takmörk þeirra eru stranglega stjórnað í forskriftum.

Beta stabilizers- lækkaðu transus og stöðva beta fasann. Þeir skipta sér í tvo undirhópa: íbrigði beta-stöðugleikaefni eins og mólýbden, vanadíum, níóbíum og tantal, sem eru leysanleg í beta-títan á breitt svið; og eutectoid beta stabilizers eins og króm, mangan, járn, kopar og sílikon, sem mynda eutectoid hvarf og geta fellt út millimálmsambönd.

Hlutlausir þættir- sirkon og tin hafa aðeins lítil áhrif á transus og eru aðallega notuð til að styrkja alfafasann með fastri-lausnarherðingu án þess að gera uppbygginguna óstöðug.

Þrír byggingarflokkar títanblendi

Alfa málmblöndur

Alfa málmblöndur samanstanda af einfasa alfafastri lausn við notkunarhitastig. Þeir halda stöðugri uppbyggingu allt að u.þ.b. 500-600 gráður með góðri skriðþol og oxunarþol, og þeir suða auðveldlega. Takmörkun þeirra er sú að ekki er hægt að styrkja þau með hitameðhöndlun, þannig að styrkur stofuhita helst í meðallagi. Viðskiptahreinar gerðir og nær-alfa málmblöndur eins og Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) tilheyra þessari fjölskyldu og í kínverska tilnefningarkerfinu bera þær kóðann TA.

Beta málmblöndur

Beta málmblöndur eru einfasa beta málmblöndur sem hægt er að vinna í kalt- í metstöðuglegu beta ástandi og síðan eldast í mjög mikinn styrk. Herbergis-hitastyrkur eftir lausnarmeðferð og öldrun getur náð 1370-1660 MPa, sem er ástæðan fyrir því að beta málmblöndur eru tilgreindar fyrir mikið álagðar festingar og gorma. Málið er lélegur hitastöðugleiki yfir u.þ.b. 300 gráður og minni sveigjanleiki í öldruðu ástandi. Kínverski tilnefningarkóði er TB.

Alfa-beta málmblöndur

Alfa-beta málmblöndur halda tvíhliða uppbyggingu alfa plús umbreytt beta. Þeir sameina góðan styrk, seiglu, mótunarhæfni og heita vinnanleika, og þeir bregðast við lausnarmeðferð og öldrun, sem hækkar styrkleika 50-100% yfir glæðustigi. Þeir starfa áreiðanlega við 400-500 gráður. Þekktasta dæmið er Grade 5, Ti-6Al-4V, og kínverski kóðinn er TC.

Sem þumalputtaregla er vélhæfni best í alfa málmblöndur, millistig í alfa-beta málmblöndur og verst í há-beta málmblöndur.

Flokkun eftir fyrirhugaðri þjónustu

Títan málmblöndur eru einnig flokkaðar eftir notkun í hita-þolnar málmblöndur, há-styrktar málmblöndur, tæringarþolnar-málmblöndur (til dæmis títan-mólýbden og títan-palladíum eins og gráðu 7 og gráðu 7 og gráðu álblöndu{7}, cry og alger blöndur{7} títan-nikkellaga-minni málmblöndur og títan-járnvetni-geymsluefni. Eitt álfelgur kemur oft fyrir í fleiri en einum flokki: Ti-6Al-4V, til dæmis, er samtímis hástyrkt álfelgur, tæringarþolið álfelgur og, í ELI-formi sínu, frost- og læknisfræðilega einkunn.

Val á milli bekkja

Fyrir flest verkfræðikaup eru hagnýt leiðbeiningar stuttar. Veldu alfa eða nær-alfa málmblöndu þegar hluturinn er soðinn, djúpmótaður eða notaður yfir 400 gráður. Veldu alfa-beta málmblöndu eins og 5. stig þegar þú þarft bestu samsetningu styrks, seiglu og kostnaðar. Veldu aðeins beta málmblöndu þegar mjög mikill styrkur er nauðsynlegur og þjónustuhitastig helst lágt. Tilgreindu alltaf einkunnina ásamt gildandi staðli hennar - til dæmis stig 5 bar til ASTM B348 eða Ti-6Al-4V til GB/T 3620.1 - þannig að efnafræði, vélrænni eiginleikar og prófun séu öll skilgreind ótvírætt.

Algengar spurningar

Af hverju breytir títan kristalbyggingu við 882 gráður?

Breytingin er náttúruleg allótrópísk umbreyting sem knúin er áfram af frjálsri orku: fyrir neðan 882 gráður eru sexhyrndar nálægar-pakkaðar alfagrindur stöðugri og fyrir ofan hana verður líkama-miðjulaga betagrindurinn stöðugri. Málmblöndur breyta þessu hitastigi, sem er hvernig málmfræðingar hanna málmblöndur með æskilegt alfa-beta jafnvægi.

Hver er munurinn á alfa og beta títan málmblöndur?

Alfa málmblöndur eru einfasa, stöðugar við háan hita, suðuhæfar og mótanlegar en ekki hitameðhöndlaðar-með meðalstyrk. Beta málmblöndur geta verið öldruð upp í mjög mikinn styrk en eru minna varma stöðugar og erfiðara að mynda og véla þær. Alfa-beta málmblöndur sitja á milli þeirra tveggja og bjóða upp á bestu heildarsamsetninguna.

Hvaða frumefnum er bætt við títan til að auka styrk?

Ál er helsta styrkjandi viðbótin, þar á eftir koma beta-stöðugleikaefni eins og vanadín, mólýbden, níóbín og járn. Súrefni og köfnunarefni styrkjast með millivefslausn en er haldið innan ströngra marka vegna þess að þau stökkva málmblönduna.

Hvað þýðir kóðinn TA, TB eða TC í títanforskriftum?

Þetta eru kínversku staðalkóðarnar í GB/T 3620.1: TA táknar alfa títan málmblöndur, TB táknar beta títan málmblöndur og TC táknar alfa-beta títan málmblöndur. Alþjóðlegir kaupendur munu oftar sjá ASTM merkingar eins og gráðu 2, gráðu 5 og gráðu 12, sem fylgja ekki þessu leturkerfi.

Er hægt að styrkja títan málmblöndur með hitameðferð?

Ekki er hægt að styrkja alfa málmblöndur verulega með hitameðferð. Alfa-beta og beta málmblöndur geta: lausnarmeðferð fylgt eftir með öldrun (STA) fellt út fína aukafasa sem hækka styrkleika, venjulega 50-100% yfir glæðugildi fyrir alfa-beta málmblöndur og meira fyrir beta málmblöndur.

Af hverju er ál algengasta málmblöndunarefnið í títan?

Ál er ríkulegur, ódýr-alfastöðugleiki sem eykur styrk bæði við stofuhita og hækkaðan hita, bætir skriðþol og dregur úr þéttleika. Það er samhæft við alfafasann á breitt samsetningarsvið, sem er ástæðan fyrir því að næstum sérhver títanblendi í atvinnuskyni inniheldur það.