Výroba aluminidu titanu

Hliníky titanu jsou třídou lehkých slitin odolných vůči vysokým teplotám s vynikající odolností proti korozi a atraktivními vlastnostmi pro použití v leteckém a automobilovém průmyslu. Tento článek poskytuje komplexního průvodce výroba oxidu titaničitého, včetně klíčových metod zpracování, aspektů zařízení, zásad konstrukce a dodavatelů.

Výrobní proces aluminidu titanu

Hliníky titanu je náročné vyrábět běžnými způsoby zpracování titanu kvůli jejich nízké tažnosti při pokojové teplotě. Byly vyvinuty pokročilé techniky pro výrobu vysoce kvalitních součástí z oxidu titaničitého.

Tabulka 1. Srovnání hlavních výrobních procesů oxidu titaničitého

Odlévání aluminidů titanu

Investiční lití se nejčastěji používá pro titanové aluminidy, protože umožňuje výrobu složitých, čistě tvarovaných součástí s přísnými tolerancemi. V omezené míře se používá také lití do keramických forem a odstředivé lití. Kontrola čistoty taveniny, interakce s formou a rychlosti chlazení jsou během tuhnutí rozhodující pro dosažení cílových vlastností.

Zpracování práškové metalurgie

Techniky práškové metalurgie, jako je izostatické lisování za tepla (HIP) a vstřikování kovů (MIM), se používají díky své schopnosti téměř čistého tvaru. Jemné homogenní mikrostruktury lze dosáhnout rychlým ochlazením po HIP. MIM nabízí flexibilitu pro složité tvary, ale má omezení týkající se tloušťky průřezu.

Kování aluminidů titanu

Kování vyžaduje vysoké teploty (900-1200 °C), aby bylo dosaženo odpovídající zpracovatelnosti. Uzavřené zápustkové kování s rychlým chlazením vytváří zdravé struktury, ale je omezeno na jednodušší geometrie. Otevřené zápustkové kování a rotační kování poskytují flexibilitu pro větší součásti. Přísná kontrola rychlosti deformace a teploty je nezbytná, aby se zabránilo vzniku vad.

Aditivní výroba aluminidů titanu

Aditivní výrobní metody (AM), jako je laserová fúze v práškovém loži (PBF), tryskání pojiva a usměrněné nanášení energie, se začínají používat pro hliníky titanu. AM umožňuje vytvářet složité geometrie bez použití lisovacích forem, ale má problémy s pórovitostí, povrchovou úpravou a vlastnostmi. Parametry musí být přesně optimalizovány.

Zařízení pro výrobu aluminidu titanu

Pro tavení, odlévání, konsolidaci, tepelné zpracování a obrábění hlinitanu titaničitého je nutné speciální zařízení vzhledem k jeho špatné tvařitelnosti při pokojové teplotě.

Tabulka 2. Přehled zařízení používaných v výroba oxidu titaničitého

Zařízení musí zachovávat čistotu a zároveň dosahovat extrémně vysokých teplot a tlaků. Integrované systémy vakua nebo inertního plynu chrání před kontaminací během zpracování. Pro dosažení cílové mikrostruktury je rovněž důležité přesné řízení rovnoměrnosti teploty a rychlosti chlazení.

Úvahy o návrhu a uspořádání zařízení

Návrh zařízení vyžaduje úzkou integraci slévárenských operací, obrábění, kontroly kvality a tepelného zpracování pro výrobu oxidu titaničitého.

Tabulka 3. Zařízení pro výrobu oxidu titaničitého

Měly by být optimalizovány toky obsluhy a materiálu, aby se minimalizovaly možnosti kontaminace. Flexibilní stanice umožňují změny konfigurace podle měnících se požadavků. Kapacita a úroveň redundance inženýrských sítí musí být vhodně dimenzovány pro zásobování kritických operací. Rozsáhlé monitorování a in-line kontrola včas odhalí problémy s kvalitou. Integrovaná bezpečnostní opatření chrání před únikem a rozlitím plynu.

Přizpůsobení a varianty

Složení slitiny oxidu titaničitého a vyráběné formy lze přizpůsobit požadavkům aplikace.

Tabulka 4. Hlavní varianty slitin a možnosti přizpůsobení

Vysokoteplotní vlastnosti lze přizpůsobit úpravou obsahu hliníku a přídavků legur. Výrobky sahají od jednoduchých odlitků až po složité komponenty z práškové metalurgie HIP. Podle potřeby lze specifikovat tloušťku průřezu, tolerance, povrchovou úpravu a kontrolní/zkušební normy. Ochranné povlaky dále prodlužují životnost v náročných prostředích.

Ekosystém dodavatelů a měření nákladů

Zkušenosti s výrobou oxidu titaničitého má úzká dodavatelská základna. Kupující by měli při výběru dodavatele posoudit vyspělost procesů, stav certifikace a odbornost v oblasti aplikací.

Tabulka 5. Struktura dodavatelů a nákladů na díly z oxidu titaničitého

Metriky nákladů vykazují široké rozpětí hodnot v závislosti na typu výrobku, objemu zakázky, požadavcích na kvalitu, tloušťce řezu a stupni dokončovacích operací. U velkých zakázek se uplatňují úspory z rozsahu. Komplexní dokumentace kvality zvyšuje náklady, ale zajišťuje spolehlivost výkonu a snižuje provozní rizika pro koncové uživatele.

Instalace, provoz a údržba

Správná instalace, provoz a preventivní údržba zařízení minimalizuje prostoje a podporuje bezpečnost ve výrobních zařízeních na výrobu oxidu titaničitého.

Tabulka 6. Pokyny pro instalaci, provoz a údržbu

Před zahájením výrobních kampaní by měly být provedeny důkladné přejímací zkoušky na místě. Během provozu je nutné přísně dodržovat validované parametry. Výrobní zařízení musí být často monitorováno, udržováno a aktualizováno, aby se udržela kvalita a objemy výstupu. Uchovávání pohotovostních plánů a náhradních dílů pomáhá minimalizovat dopad neplánovaných odstávek.

Pokyny pro výběr dodavatelů

Pečlivé hodnocení dodavatelů pomocí vážených kritérií může pomoci určit správné dodavatele. výroba oxidu titaničitého partner.

Tabulka 7. Hlavní parametry pro hodnocení a výběr dodavatelů

Kvantitativní klíčové ukazatele výkonnosti založené na standardech, jako je míra akceptace, a kvalitativní faktory, jako je technická shoda a schopnost reagovat, by měly být zahrnuty do rubrik pro výběr dodavatelů. Dva až tři kandidáti na dodavatele, kteří se příznivě umístí v rámci vážených kritérií, pomáhají zajistit odolný dodavatelský řetězec. zálohy poskytují jistotu kontinuity, pokud se vyskytnou problémy s konkrétním dodavatelem.

Výhody a nevýhody dílů z hliníku titanu

Tabulka 8. Srovnání výhod a omezení slitin oxidu titaničitého

Slitiny hliníku titanu umožňují v leteckých a kosmických systémech snížit hmotnost a zároveň mají vynikající odolnost vůči životnímu prostředí, což je i přes vysoké ceny hnacím motorem jejich zavádění. Výrobci se však stále potýkají s překážkami při dosahování dostatečné tažnosti při pokojové teplotě pro některé aplikace. Provozní oblast je úzká, což komplikuje navrhování součástí a modelování způsobů poruch bez rozsáhlých zkušebních dat. Omezená historie komerčního využití představuje problém při kvalifikaci metodik životnosti po celou dobu životnosti.

Výhled odvětví a hlavní trendy

Předpokládá se, že v příštím desetiletí se bude používání slitin oxidu titaničitého rozšiřovat tempem 9% CAGR, a to díky rostoucí poptávce po odlehčování leteckých motorů a rámů letadel.

Obrázek 1. Předpověď velikosti globálního trhu s aluminidem titaničitým

Aditivní výroba a pokrok v práškové metalurgii umožňují realizovat složité geometrie. Stále více se prosazují i vícemateriálové konstrukce s vložkami z oxidu titaničitého. Pokračující pokroky ve vědě o zpracování a přední využití v obranných programech budou podněcovat další komerční nasazení.

FAQ

Otázka: Jaké jsou příklady součástí vyrobených ze slitin oxidu titaničitého?

Odpověď: Rotační lopatky, pouzdra, spojovací prvky, těsnění, ventily, součásti podvozku a konstrukční konzoly leteckých motorů a rámů letadel jsou hlavními kandidáty na použití v leteckých a kosmických systémech. Kola, rotory turbodmychadel, ventily, ojnice a hnací hřídele v automobilovém průmyslu rovněž využívají výhod hliníku titanu.

Otázka: Jaké možnosti následné úpravy se běžně používají u dílů z oxidu titaničitého?

Odpověď: V závislosti na požadavcích se často používají ochranné povlaky (na bázi hliníku nebo keramiky), tepelné zpracování, izostatické lisování za tepla a různé dokončovací operace, jako je CNC obrábění, vrtání, broušení kontur.

Otázka: Jak mám odhadnout dobu dodání dílů z oxidu titaničitého?

Odpověď: Odlévané výrobky obvykle vyžadují dodací lhůtu 90-120 dní. HIP a kované výrobky běžně potřebují 120-180 dní. U kvalifikovaných dodavatelů na základě smlouvy mohou zákazníci, kteří objednávají opakované návrhy, dosáhnout dodací lhůty pouhých 45-60 dnů.

Otázka: Jaké normy kvality platí pro díly z oxidu titaničitého?

Odpověď: Mnoho zákazníků trvá na certifikaci ISO, AS9100 a/nebo Nadcap pro zakázky v leteckém průmyslu. Očekává se také plná sledovatelnost a shoda s normami AMS. Přísné testování zahrnuje chemickou analýzu, mechanické zkoušky, metalografii, nedestruktivní kontrolu a validaci procesu.

Otázka: Jak by se mělo zacházet se součástmi z oxidu titaničitého a jak je skladovat?

Odpověď: Při postprodukční manipulaci je třeba dbát na to, aby nedošlo ke kontaminaci, včetně použití rukavic. Doporučení pro skladování je uchovávat uzavřené díly z oxidu titaničitého v suché dusíkové atmosféře. Správná opatření pro manipulaci je třeba uplatňovat v celém dodavatelském řetězci.

znát více procesů 3D tisku