Titan Aluminiumlegeringar

Översikt

Titan Aluminiumlegeringar är en klass av metalliska material som innehåller en blandning av titan och aluminium. De är lätta, har hög hållfasthet och utmärkt korrosions- och oxidationsbeständighet vid höga temperaturer.

TiAl-legeringar anses vara ett viktigt strukturmaterial för höga temperaturer inom flyg- och fordonstillämpningar tack vare sin unika kombination av egenskaper. Deras låga densitet gör dem lättare än nickelbaserade superlegeringar, samtidigt som de behåller styrka och stabilitet vid temperaturer upp till 750°C.

Viktiga egenskaper hos Titan Aluminiumlegeringar

Olika typer av titan-aluminiumlegeringar

Det finns två primära typer av titan-aluminiumlegeringar:

Gamma TiAl-legeringar

Gamma TiAl-legeringar har en lamellär mikrostruktur och innehåller ca 45-48% titan och resten aluminium. Små tillsatser av element som niob, kol, bor och krom görs också för att förbättra egenskaperna.

De gammafasiska TiAl-legeringarna erbjuder en bra balans mellan låg densitet, hållfasthet, duktilitet och oxidationsbeständighet. De är de mest använda TiAl-legeringarna.

Alpha-2 Ti3Al-legeringar

Alfa-2 Ti3Al-legeringar innehåller ca 25% aluminium och har en hexagonal kristallstruktur. De erbjuder mycket hög draghållfasthet men har lägre duktilitet och brottseghet jämfört med gamma TiAl-legeringar.

Alpha-2-legeringar används vanligtvis i applikationer med mycket höga temperaturer över 800°C, t.ex. i turboladdare.

Sammansättning av Titan Aluminiumlegeringar

Titan-aluminiumlegeringar innehåller titan som huvudkomponent, med aluminium och små mängder av andra element. Här är det typiska kompositionsområdet:

Procentandelen legeringselement kontrolleras exakt för att uppnå rätt mikrostruktur och egenskaper i legeringen.

Viktiga egenskaper hos titan-aluminiumlegeringar

Titan Aluminium Legering Styrka Egenskaper

Fysikaliska egenskaper

Mekaniska egenskaper vid rumstemperatur

Tillämpningar och användningsområden för Titan Aluminiumlegeringar

Titan-aluminiumlegeringar används i ett brett spektrum av högpresterande tekniska applikationer. Några viktiga användningsområden är:

Användningsområden inom flygindustrin

• Komponenter till flygplansmotorer som blad, skivor, luftintagshuvuden
• Flygplansskrov och vingstrukturer i höghastighetsflygplan
• Delar till rymdfarkoster tack vare kombinationen av låg vikt och temperaturbeständighet

Användningsområden inom fordonsindustrin

• Turbinhjul och turbinhus för turboladdare
• Vevstakar, ventiler, fjädrar och fästelement i högpresterande motorer
• Motorsportkomponenter som vevstakar och ventiler

Andra tillämpningar

• Delar till gasturbinmotorer, kraftgenerering och marina applikationer
• Biomedicinska implantat som konstgjorda höftleder
• Sportartiklar som cykelramar, golfklubbor

Här är en jämförelse av användningen av titan-aluminiumlegeringar jämfört med alternativ:

Branschstandarder och specifikationer

Några allmänt använda industristandarder för titan-aluminiumlegeringar är:

Legeringsprodukter erbjuds i olika kvaliteter som uppfyller olika standarder för kemi, mikrostruktur och mekaniska egenskaper.

Några vanliga titanaluminiumkvaliteter är:

• Ti-48Al-2W-0,5Si (AMS 4928)
• Ti-47Al-2Cr-2Nb (ISO 21365 klass 5)
• Ti-45Al-5Nb-0,2C-0,2B (AMS 4965 klass 5)

Leverantörer och kostnader

Några ledande globala leverantörer av titan-aluminiumlegeringar är bl.a:

Titan-aluminiumlegeringar är dyrare än titanlegeringar men billigare än nickelbaserade superlegeringar. Några typiska prisuppskattningar är:

Priserna varierar beroende på ordervolym, storleksspecifikationer, certifieringskrav och andra anpassningar.

Fördelar och begränsningar med titan-aluminiumlegeringar

Förmåner och fördelar

• Mycket hög specifik hållfasthet - högt förhållande mellan hållfasthet och vikt
• Utmärkt hållfasthets bibehållande upp till 750°C
• God miljöbeständighet - oxidation, bränning och korrosion
• Lägre kostnad än superlegeringar av nickel och kobolt
• Viss varmbearbetbarhet för smide, valsning

Brister och begränsningar

• Bearbetningssvårigheter - varmbearbetning såväl som maskinbearbetning
• Skört beteende vid rumstemperatur
• Relativt låg brottseghet
• Maximal användningstemperatur begränsad till 750°C
• Känslig för väte- och fuktabsorption

Här följer en jämförelse av för- och nackdelar i förhållande till alternativen:

Vanliga frågor

F: Vad är gamma-titanaluminider?

S: Gamma TiAl-aluminider är intermetalliska legeringar som innehåller titan (Ti) och aluminium (Al) med en kristallstruktur i gammafas (γ). De har ett ordnat lamellärt arrangemang av Ti- och Al-atomer. Gamma TiAl är den mest använda legeringstypen.

F: Varför är TiAl-legeringar lämpliga för flyg- och rymdtillämpningar?

S: TiAl-legeringar erbjuder en utmärkt kombination av låg densitet och goda mekaniska egenskaper upp till 750°C. Detta gör att lättare och effektivare flygmotorkomponenter kan konstrueras med TiAl istället för med mycket tyngre nickellegeringar.

F: Vilka är några exempel på TiAl-komponenter till turboladdare?

A: TiAl-legeringar används allt oftare för att tillverka turboladdningshjul och höljen i högpresterande diesel- och bensinmotorer. Den låga densiteten och temperaturbeständigheten ger högre effekttäthet och effektivitet.

Q: Vilka är de största utmaningarna med att använda TiAl-legeringar?

S: Svårigheten att bearbeta genom gjutning, smidning och maskinbearbetning tillsammans med den inneboende sprödheten vid rumstemperatur och lägre skadetolerans än konkurrerande legeringar skapar hinder för användning. Bearbetningsmetoderna och utvecklingen av legeringar fortsätter dock att gå framåt.

F: Vad är den typiska gränsen för syrehalt i TiAl-legeringar?

S: Syrehalten är begränsad till mindre än 0,2% i TiAl-legeringar. Högre syrenivåer har en negativ inverkan på duktiliteten. Avancerade smält- och gjutningsmetoder används för att kontrollera syreupptagningen.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser