Slitiny titanu a hliníku
Obsah
Přehled
Slitiny titanu a hliníku jsou třídou kovových materiálů, které obsahují směs titanu a hliníku. Jsou lehké, mají vysokou pevnost a vynikající odolnost proti korozi a oxidaci při vysokých teplotách.
Slitiny TiAl jsou díky své jedinečné kombinaci vlastností považovány za důležitý vysokoteplotní konstrukční materiál pro aplikace v leteckém a automobilovém průmyslu. Díky své nízké hustotě jsou lehčí než superslitiny na bázi niklu, přičemž si zachovávají pevnost a stabilitu při teplotách až 750 °C.
Klíčové vlastnosti Slitiny titanu a hliníku
Vlastnictví | Popis |
---|---|
Hustota | 3,7 - 4,1 g/cm3, mnohem méně než u slitin niklu. |
Síla | zachovávají si vysokou pevnost při teplotách až 750 °C |
Tuhost | Vysoký modul pružnosti cca 160 GPa |
Tažnost | Křehký při pokojové teplotě, ale při vysokých teplotách se stává křehčím. |
Odolnost proti korozi | Vynikající odolnost proti korozi díky přítomnosti titanu |
Odolnost proti oxidaci | Vytváří ochrannou oxidovou vrstvu, která zajišťuje dobrou odolnost proti oxidaci až do 750 °C. |
Náklady | Dražší než slitiny titanu, ale levnější než slitiny niklu. |
![Slitiny titanu a hliníku 1 slitina titanu a hliníku](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/10/FeCoNiCrMn-powder.jpg)
Typy slitin titanu a hliníku
Existují dva základní typy slitin titanu a hliníku:
Gamma TiAl slitiny
Slitiny gama TiAl mají lamelární mikrostrukturu a obsahují přibližně 45-48% titanu a zbytek hliníku. Pro zlepšení vlastností se také používají malé přídavky prvků, jako je niob, uhlík, bór a chrom.
Slitiny TiAl s gama fází nabízejí dobrou rovnováhu mezi nízkou hustotou, pevností, tažností a odolností proti oxidaci. Jsou to nejpoužívanější slitiny TiAl.
Alpha-2 Ti3Al slitiny
Alfa-2 Ti3Al slitiny obsahují přibližně 25% hliníku a mají hexagonální krystalovou strukturu. Nabízejí velmi vysokou pevnost v tahu, ale mají nižší tažnost a lomovou houževnatost ve srovnání se slitinami gama TiAl.
Slitiny Alpha-2 se obvykle používají při velmi vysokých teplotách nad 800 °C, například v turbodmychadlech.
Složení Slitiny titanu a hliníku
Slitiny titanu a hliníku obsahují titan jako hlavní složku, hliník a malé množství dalších prvků. Zde je uveden typický rozsah složení:
Slitinový prvek | Rozsah složení | Role |
---|---|---|
titan (Ti) | 52-56% | Primární základní prvek |
hliník (Al) | 44-48% | Hlavní legující prvek s Ti |
niob (Nb) | Až 2% | Zvyšuje pevnost a odolnost proti tečení |
Chrom (Cr) | Až 2% | Zvyšuje odolnost proti oxidaci |
Bór (B) | Až 0,2% | Zlepšuje tažnost |
uhlík (C) | Až 0,1% | Zvyšuje sílu |
křemík (Si) | 0.1-1% | Zvyšuje odolnost proti oxidaci |
Wolfram (W) | 0.1-1% | Zjemňuje velikost zrn |
molybden (Mo) | 0.1-1% | Zvyšuje sílu |
Procentuální zastoupení legujících prvků je přesně kontrolováno, aby bylo dosaženo správné mikrostruktury a vlastností slitiny.
Klíčové vlastnosti slitin titanu a hliníku
Pevnostní vlastnosti slitiny titanu a hliníku
Vlastnictví | Hodnota | Popis |
---|---|---|
Pevnost v tahu | 500 - 1100 MPa | Velmi vysoká pevnost ve srovnání se slitinami titanu |
Mez kluzu (posun 0,2%) | 400 - 1000 MPa | Míra pružnosti slitiny |
Pevnost v tlaku | 600 - 1500 MPa | Vynikající pevnost v tlaku |
Pevnost v tahu | 100 - 350 MPa | Schopnost odolávat zatížení při vysokých teplotách |
Lomová houževnatost | 15 - 35 MPa√m | Odolnost proti šíření trhlin je nižší než u niklových slitin. |
Fyzikální vlastnosti
Vlastnictví | Hodnota |
---|---|
Hustota | 3,7 - 4,1 g/cm3 |
Bod tání | 1360°C - 1460°C |
Tepelná vodivost | 6 - 25 W/mK |
Elektrický odpor | 150 - 250 μΩ.cm |
Koeficient tepelné roztažnosti | 11 - 13 x 10-6 /K |
Mechanické vlastnosti při pokojové teplotě
Vlastnictví | Hodnota | Popis |
---|---|---|
Tvrdost | 300 - 400 HV | Měření odolnosti proti vtisku |
Youngův modul | 150 - 160 GPa | Měření tuhosti |
Modul ve smyku | 60 - 65 GPa | Míra tuhosti |
Poissonův poměr | 0.25 – 0.34 | Poměr vztahující se k deformaci ve směrech kolmých a rovnoběžných k působícímu zatížení |
Obrobitelnost | Obtížné | Náročné na obrábění ve srovnání s ocelí |
Aplikace a použití Slitiny titanu a hliníku
Slitiny titanu a hliníku se používají v široké škále vysoce výkonných technických aplikací. Některé klíčové způsoby použití jsou:
Použití v leteckém průmyslu
- Součásti leteckých motorů, jako jsou lopatky, disky, kryty sání vzduchu.
- Konstrukce draku a křídla vysokorychlostních letadel
- součásti kosmických vozidel díky kombinaci nízké hmotnosti a teplotní odolnosti.
Použití v automobilovém průmyslu
- Turbínová kola a skříně turbodmychadel
- ojnice, ventily, pružiny a spojovací prvky u vysoce výkonných motorů
- Součásti pro motorsport, jako jsou ojnice a ventily.
Další aplikace
- Součásti motorů plynových turbín, výroba energie a námořní aplikace
- Biomedicínské implantáty, jako jsou umělé kyčelní klouby.
- Sportovní zboží, jako jsou rámy jízdních kol, golfové hole.
Zde je porovnání použití titanových slitin hliníku s alternativami:
aplikace | Slitiny TiAl | Alternativní materiály |
---|---|---|
Letecké motory | ✅ Vynikající poměr pevnosti a hmotnosti až do 750 °C jej předurčuje pro lopatky, lopatky, hřídele. | Niklové superslitiny mají vyšší teplotní odolnost, ale jsou těžší. |
Automobilová turbodmychadla | ✅ Dobrá rovnováha mezi vysokou pevností, teplotní odolností a nižší hustotou než u niklových slitin. | Slitiny niklu odolávají vyšším špičkovým teplotám. |
Letouny | ✅ 20-35% lehčí než slitiny titanu se stejnou pevností pro křídla, ocasní plochy a trup letadel | Slitiny titanu mají vyšší lomovou houževnatost |
Biomedicínské implantáty | ✅ Obsahuje titan, který umožňuje přirozené spojení s lidskou kostí | Běžně se používá také nerezová ocel, kobalt-chromové slitiny. |
Průmyslové normy a specifikace
Některé široce používané průmyslové normy pro slitiny titanu a hliníku jsou:
Standard | Popis |
---|---|
AMS 4928 | Standardní specifikace pro plechy, pásy a desky ze slitiny hliníku titanu gama |
AMS 4965 | Norma pro gama slitiny oxidu titaničitého zpracované práškovou metalurgií |
AMS 4972 | Standardní specifikace pro tyče, pruty a dráty z alfa-beta nebo beta aluminidů titanu |
ISO 21365 | Specifikace strukturních gama slitin TiAl |
ASTM B381 | Standardní klasifikace slitin titanu, hliníku a vanadu pro chirurgické implantáty |
Výrobky ze slitin jsou nabízeny v různých jakostních třídách, které splňují různé normy pro chemické složení, mikrostrukturu a mechanické vlastnosti.
Některé běžné třídy titanového hliníku jsou:
- Ti-48Al-2W-0,5Si (AMS 4928)
- Ti-47Al-2Cr-2Nb (ISO 21365 třída 5)
- Ti-45Al-5Nb-0,2C-0,2B (AMS 4965 Grade 5)
Dodavatelé a náklady
Mezi přední světové dodavatele slitin titanu a hliníku patří:
Dodavatel | Nabízené třídy | Výrobní metody |
---|---|---|
VSMPO | Ti-47Al-2Cr-2Nb<br>Ti-48Al-2Cr-2Nb-1Ta-0.7W | Investiční lití<br>Kování |
ATI | Ti-48Al-2W-0,5Si<br>Ti-47Al-2Cr-2Nb | Přesné lití<br>Prášková metalurgie |
Společnost Precision Castparts Corp | Vlastní slitiny | Investiční lití |
Plansee | TiAl gama slitiny | Prášková metalurgie |
Slitiny titanu a hliníku jsou dražší než slitiny titanu, ale levnější než superslitiny na bázi niklu. Některé typické odhady cen jsou:
Třída | Odhad ceny |
---|---|
Ti-48Al-2Cr-2Nb | $85 - $125 na kg |
Ti-47Al-2W-0,5Si | $100 - $150 za kg |
Vlastní slitiny TiAl | $150 - $250 za kg |
Ceny se liší v závislosti na objemu objednávky, specifikacích velikosti, požadavcích na certifikaci a dalších úpravách.
Výhody a omezení slitin titanu a hliníku
Výhody a přednosti
- Velmi vysoká měrná pevnost - vysoký poměr pevnosti k hmotnosti
- Vynikající zachování pevnosti až do 750 °C
- Dobrá odolnost proti vlivům prostředí - oxidaci, hoření a korozi
- Nižší náklady než u superslitin niklu a kobaltu
- Určitá zpracovatelnost za tepla při kování, válcování
Nedostatky a omezení
- Obtíže při zpracování - obrábění za tepla i obrábění
- Křehké chování při pokojové teplotě
- Relativně nízká lomová houževnatost
- Maximální teplota použití je omezena na 750 °C
- Podléhá absorpci vodíku a vlhkosti
Zde je srovnání výhod a nevýhod v porovnání s alternativami:
Parametr | Slitiny TiAl | Niklové superslitiny | Titanové slitiny |
---|---|---|---|
Pevnost při vysokých teplotách | Vhodné do 750 °C | ✅ Vynikající při teplotách nad 900 °C | Špatný nad 500 °C |
Hustota | ✅ Nejnižší | Vyšší | Srovnatelné |
Odolnost proti oxidaci | Vhodné do 750 °C | ✅ Nejlepší při teplotě nad 800 °C | Špatný nad 550 °C |
Náklady | ✅ Nižší | Nejvyšší | Vyšší |
Zpracovatelnost | Špatný | Dobrý | ✅ Nejlepší |
Odolnost vůči poškození | Špatný | Dobrý | ✅ Vynikající |
![Slitiny titanu a hliníku 8 slitina titanu a hliníku](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/10/Al-3104-powder.jpg)
Nejčastější dotazy
Otázka: Co jsou gama aluminidy titanu?
A: Gama TiAl aluminidy jsou intermetalické slitiny obsahující titan (Ti) a hliník (Al) s krystalovou strukturou fáze gama (γ). Mají uspořádané lamelární uspořádání atomů Ti a Al. Gama TiAl je nejčastěji používaným typem slitiny.
Otázka: Proč se slitiny TiAl používají v letectví a kosmonautice?
Odpověď: Slitiny TiAl nabízejí vynikající kombinaci nízké hustoty a dobrých mechanických vlastností až do 750 °C. To umožňuje navrhovat lehčí a účinnější součásti leteckých motorů s použitím TiAl namísto mnohem těžších niklových slitin.
Otázka: Jaké jsou příklady součástí turbodmychadla z TiAl?
Odpověď: Slitiny TiAl se stále častěji používají k výrobě kol a skříní turbodmychadel ve vysoce výkonných vznětových a zážehových motorech automobilů. Nízká hustota a teplotní odolnost zajišťují vyšší hustotu výkonu a účinnost.
Otázka: Jaké jsou hlavní problémy při použití slitin TiAl?
Odpověď: Obtížné zpracování odléváním, kováním a obráběním spolu s vlastní křehkostí při pokojové teplotě a nižší odolností proti poškození než u konkurenčních slitin vytváří překážky pro přijetí. Zpracovatelské metody a vývoj slitin však pokračují v pokroku.
Otázka: Jaký je typický limit obsahu kyslíku pro slitiny TiAl?
Odpověď: Kyslík je ve slitinách TiAl omezen na méně než 0,2%. Vyšší obsah kyslíku má negativní vliv na tažnost. Pro kontrolu příjmu kyslíku se používají pokročilé metody tavení a lití.
Sdílet na
Facebook
Cvrlikání
LinkedIn
WhatsApp
E-mailem
MET3DP Technology Co., LTD je předním poskytovatelem řešení aditivní výroby se sídlem v Qingdao v Číně. Naše společnost se specializuje na zařízení pro 3D tisk a vysoce výkonné kovové prášky pro průmyslové aplikace.
Dotaz k získání nejlepší ceny a přizpůsobeného řešení pro vaše podnikání!
Související články
O Met3DP
Přehrát video
Nedávná aktualizace
Náš produkt
KONTAKTUJTE NÁS
Nějaké otázky? Pošlete nám zprávu hned teď! Po obdržení vaší zprávy obsloužíme vaši žádost s celým týmem.
![malé kovové 3dp logo](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/metal-3dp-logo-small.png)
Kovové prášky pro 3D tisk a aditivní výrobu
SPOLEČNOST
PRODUKT
kontaktní informace
- Město Qingdao, Shandong, Čína
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731