Алюминиевые сплавы титана

Обзор

Алюминиевые сплавы титана относятся к классу металлических материалов, содержащих смесь титана и алюминия. Они легкие, обладают высокой прочностью и отличной устойчивостью к коррозии и окислению при высоких температурах.

Сплавы TiAl считаются важным высокотемпературным конструкционным материалом для аэрокосмической и автомобильной промышленности благодаря уникальному сочетанию свойств. Благодаря низкой плотности они легче суперсплавов на основе никеля, но при этом сохраняют прочность и стабильность при температурах до 750°C.

Основные свойства Алюминиевые сплавы титана

Типы титано-алюминиевых сплавов

Существует два основных типа титано-алюминиевых сплавов:

Сплавы гамма TiAl

Сплавы Gamma TiAl имеют пластинчатую микроструктуру и содержат около 45-48% титана, остальное - алюминий. Для улучшения свойств в сплавы также добавляют небольшие количества таких элементов, как ниобий, углерод, бор и хром.

Сплавы TiAl с гамма-фазой обеспечивают хороший баланс низкой плотности, прочности, пластичности и стойкости к окислению. Это наиболее широко используемые сплавы TiAl.

Сплавы альфа-2 Ti3Al

Сплавы альфа-2 Ti3Al содержат около 25% алюминия и имеют гексагональную кристаллическую структуру. Они обладают очень высокой прочностью на разрыв, но имеют более низкую пластичность и вязкость разрушения по сравнению с гамма-сплавами TiAl.

Сплавы Alpha-2 обычно используются в очень высокотемпературных областях с температурой выше 800°C, например, в турбокомпрессорах.

Состав Алюминиевые сплавы титана

Титано-алюминиевые сплавы содержат титан в качестве основного компонента, алюминий и небольшое количество других элементов. Вот типичный диапазон состава:

Процентное содержание легирующих элементов точно контролируется для достижения нужной микроструктуры и свойств сплава.

Основные свойства титано-алюминиевых сплавов

Прочностные свойства титано-алюминиевого сплава

Физические свойства

Механические свойства при комнатной температуре

Применение и использование Алюминиевые сплавы титана

Титано-алюминиевые сплавы используются в широком спектре высокопроизводительных инженерных приложений. Некоторые ключевые области применения:

Применение в аэрокосмической промышленности

• Компоненты авиационных двигателей, такие как лопатки, диски, кожухи воздухозаборников
• Конструкции планера и крыла высокоскоростных самолетов
• Детали космических аппаратов благодаря сочетанию малого веса и термостойкости

Использование в автомобильной промышленности

• Колеса и корпуса турбин турбокомпрессоров
• Шатуны, клапаны, пружины и крепеж в высокопроизводительных двигателях
• Компоненты для автоспорта, такие как шатуны и клапаны

Другие приложения

• Детали газотурбинных двигателей, энергетика и судостроение
• Биомедицинские имплантаты, такие как искусственные тазобедренные суставы
• Спортивные товары, такие как велосипедные рамы, клюшки для гольфа

Вот сравнение использования титано-алюминиевых сплавов с альтернативами:

Отраслевые стандарты и спецификации

Некоторые широко используемые промышленные стандарты для титано-алюминиевых сплавов:

Сплавы предлагаются в различных марках, которые соответствуют различным стандартам по химическому составу, микроструктуре и механическим свойствам.

Некоторые распространенные марки титанового алюминия:

• Ti-48Al-2W-0.5Si (AMS 4928)
• Ti-47Al-2Cr-2Nb (ISO 21365 Grade 5)
• Ti-45Al-5Nb-0.2C-0.2B (AMS 4965 Grade 5)

Поставщики и затраты

Среди ведущих мировых поставщиков титано-алюминиевых сплавов можно назвать:

Титано-алюминиевые сплавы дороже титановых сплавов, но дешевле суперсплавов на основе никеля. Некоторые типичные ценовые оценки таковы:

Цены варьируются в зависимости от объема заказа, размеров, требований сертификации и других индивидуальных особенностей.

Преимущества и ограничения титано-алюминиевых сплавов

Преимущества и достоинства

• Очень высокая удельная прочность - высокое соотношение прочности и веса
• Превосходное сохранение прочности при температуре до 750°C
• Хорошая устойчивость к воздействию окружающей среды - окислению, горению и коррозии
• Более низкая стоимость по сравнению с никелевыми и кобальтовыми суперсплавами
• Некоторые виды горячей обработки для ковки, прокатки

Недостатки и ограничения

• Сложности обработки - горячая обработка, а также механическая обработка
• Хрупкое поведение при комнатной температуре
• Относительно низкая вязкость разрушения
• Максимальная температура использования ограничена 750°C
• Подвержен воздействию водорода и влаги

Вот сравнение преимуществ и недостатков по сравнению с альтернативами:

Вопросы и ответы

Вопрос: Что такое гамма-алюминиды титана?

О: Гамма-алюминиды TiAl - это интерметаллические сплавы, содержащие титан (Ti) и алюминий (Al) с кристаллической структурой гамма (γ) фазы. Они имеют упорядоченное пластинчатое расположение атомов Ti и Al. Гамма TiAl - наиболее часто используемый тип сплава.

В: Почему сплавы TiAl рассматриваются для применения в аэрокосмической отрасли?

О: Сплавы TiAl обладают превосходным сочетанием низкой плотности и хороших механических свойств при температуре до 750°C. Это позволяет создавать более легкие и эффективные компоненты авиадвигателей, используя TiAl вместо более тяжелых никелевых сплавов.

В: Каковы примеры компонентов турбокомпрессора из TiAl?

О: Сплавы TiAl все чаще используются для изготовления колес и корпусов турбокомпрессоров в высокопроизводительных дизельных и бензиновых автомобильных двигателях. Низкая плотность и термостойкость обеспечивают более высокую плотность мощности и эффективность.

В: Каковы основные сложности при использовании сплавов TiAl?

О: Сложность обработки литьем, ковкой и механической обработкой, а также присущая им хрупкость при комнатной температуре и более низкая устойчивость к повреждениям по сравнению с конкурирующими сплавами создают препятствия для внедрения. Однако методы обработки и разработка сплавов продолжают развиваться.

Вопрос: Каково типичное предельное содержание кислорода для сплавов TiAl?

О: В сплавах TiAl содержание кислорода не должно превышать 0,2%. Более высокие уровни кислорода негативно влияют на пластичность. Для контроля содержания кислорода используются передовые методы плавки и литья.

узнать больше о процессах 3D-печати