Títanblendi: Sex helstu eignaverkfræðingar ættu að vita

Hvað skilgreinir títan málmblöndu

Títan álfelgur er títan blandað með frumefnum eins og áli, vanadíum, mólýbdeni, tini og sirkon til að stilla styrk, skriðþol og tæringarhegðun. Óhreinindastjórnun er miðlæg: súrefni, köfnunarefni, kolefni og vetni eru millivefsefni þar sem innihald þeirra, tilgreint sem hámark í ASTM B265 og GB/T 3621, færir jafnvægið milli styrkleika og sveigjanleika. Sex eignir ráða yfir verkfræðilegum ákvörðunum og hver hefur hönnunarafleiðingar.

1. Hár sérstakur styrkur

Títan málmblöndur eru með eðlismassa upp á um 4,43-4,51 g/cm3, um það bil 60% af stáli, á meðan hár{10}}styrkleiki fer yfir togstyrk margra burðarstála. Ti-6Al-4V í glæðu ástandi sýnir lágmarks togstyrk 895 MPa og afrakstur 828 MPa á ASTM B265. Styrk- og þéttleikahlutfallið er fyrir ofan álblöndur og flest stál, þess vegna er títan notað í vélarhluta flugvéla, grindur, skinn, festingar og lendingarbúnað þar sem hvert kíló er gert ráð fyrir.

2. Hitastyrkur

Títan málmblöndur halda gagnlegum styrk við hitastig þar sem álblöndur mýkjast. Alfa-beta málmblöndur eins og Ti-6Al-4V eru notaðar í allt að um 350-400 gráður í langtímaþjónustu og nær-alfa málmblöndur eins og Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo starfa við 450-540 gráður. Álblöndur missa yfirburði sína yfir 150 gráður, þannig að þjöppu- og útblástursíhlutir í vélum fara yfir í títan eða nikkel málmblöndur þegar hitastigið hækkar.

3. Tæringarþol

Títan myndar þétta,-sjálfgerandi oxíðfilmu sem gerir yfirborðið óvirkt í oxandi, hlutlausum og vægt afoxandi efni. Það þolir sjó, klóríð, saltpéturssýru, lífrænar sýrur og basa betur en ryðfríu stáli í flestum klóríðumhverfi, og það þjáist ekki af hola- og sprunguárásum sem takmarkar austenítískt ryðfrítt stál í sjóþjónustu. Myndin endurnýjast innan millisekúndna þegar hún skemmist, þess vegna er títanbúnaður í klór-basa- og afsöltunarstöðvum í gangi í áratugi. Undantekningin er afoxunarefni eins og heit saltsýra eða brennisteinssýra, þar sem palladíum-berandi (7. flokkur) eða mólýbden-nikkel (12. flokkur) málmblöndur eru tilgreindar.

4. Lágt-hitastig

Ólíkt kolefnisstáli verður títan ekki brothætt við lágt hitastig. Alfa málmblöndur með lágu millivefsinnihaldi, eins og Ti-5Al-2.5Sn, halda sveigjanleika og seigleika niður í -253 gráður, og títan er staðlað efni fyrir frystiskip, LNG búnað og eldflaugadriftanka. Hönnuðir nota sömu málmblöndur við -253 gráður og við 500 gráður, sem einfaldar hæfi.

5. Mikil efnahvarfsemi

Títan er efnafræðilega virkt við hærra hitastig: yfir um það bil 600 gráður gleypir það súrefni og köfnunarefni úr lofti og myndar hart, brothætt alfahólf; vetnisupptaka veldur hýdríðbroti. Afleiðingar framleiðslunnar eru steinsteypa: heit vinna og suðu þarf stjórnað andrúmslofti eða lofttæmi, vinnsla verður að fjarlægja alfahylkið fyrir þjónustu og mölunarneistar af títaníum geta kviknað. Þessar takmarkanir, ekki efnisverðið, reka mikið af kostnaði við títanhluta.

6. Lág hitaleiðni og teygjanlegt stuðull

Títan leiðir varma við um það bil 15-17 W/(m·K) við stofuhita, um það bil einn-fimmtungur af járni og einn-fjórtándi af áli og teygjustuðull þess er um helmingur af stáli. Lítil leiðni einbeitir sér að skurðarhitanum við brún verkfæra, krefst þess að karbítverkfæri og kælivökvi; lítill stuðull þýðir hærra afturspring í mótun og minni stífni í mjóum hlutum. Hönnuðir bæta upp með rúmfræði hluta frekar en að gera ráð fyrir stállíkri hegðun.

Algengar spurningar

Hvert er bræðslumark títan?

Hreint títan bráðnar við 1668 gráður. Blönduefni færa solidus örlítið; Ti-6Al-4V bráðnar á bilinu í kringum 1600-1660 gráður, þannig að bræðslu- og suðuaðferðir eru skilgreindar langt undir þessum hitastigum.

Af hverju er títan dýrt í vél?

Lítil varmaleiðni hans fangar hita við fremstu brún, það vinnur-harðnar og það hvarfast við verkfæri við háan hita. Þetta þvingar fram hægan skurðhraða, stífar vélar, flóðkælivökva og tíðar verkfæraskipti.

Tærist títan í sjó?

Nei. Óvirka oxíðfilman gerir títan í raun ónæmt fyrir sjótæringu, þar með talið hola og sprunguárás við umhverfishita, sem er ástæðan fyrir því að hún er staðalbúnaður fyrir sjávarvarmaskipti og lagnir á sjó.

Hvað er alfa-málið í títan?

Alfa-málið er súrefnis- og köfnunarefnis-auðgað hart yfirborðslag sem myndast þegar títan er hitað í lofti yfir u.þ.b. 600 gráður. Það er brothætt og verður að fjarlægja það með vinnslu eða efnafræsingu áður en hluturinn fer í notkun.

Hvaða staðlar tilgreina eiginleika títan álfelgur?

Algengar forskriftir eru ASTM B265 (plata, ræma og plata), ASTM B348 (bar og billet), ASTM B338 og B861 (rör og pípa), GB/T 3621 (kínversk plata og lak) og ISO 5832 fyrir ígræðslublöndur, hver með efnafræði og togtöflum fyrir hverja einkunn.