Slitiny titanu a hliníku

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

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:

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

Fyzikální vlastnosti

Mechanické vlastnosti při pokojové teplotě

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:

Průmyslové normy a specifikace

Některé široce používané průmyslové normy pro slitiny titanu a hliníku jsou:

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:

Slitiny titanu a hliníku jsou dražší než slitiny titanu, ale levnější než superslitiny na bázi niklu. Některé typické odhady cen jsou:

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:

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.

znát více procesů 3D tisku