Kryštálová štruktúra za výkonom titánu

Čistý titán prechádza alotropickou transformáciou pri 882 stupňoch (1 620 stupňoch F).

Pod 882 stupňov → titán existuje ako -Ti (Alfa titán)

Nad 882 stupňov → titán sa premení na -Ti (beta titán)

Táto fázová transformácia je jedným z najdôležitejších dôvodov, prečo môžu byť zliatiny titánu skonštruované pre dramaticky odlišné kombinácie pevnosti, ťažnosti, odolnosti proti únave a tepelnej odolnosti.

Fáza (alfa titán): stabilná, odolná proti korózii-, zvárateľná

Alfa titán má šesťhrannú uzavretú{0}}kryštálovú štruktúru (HCP).

Kľúčové výhody

Vynikajúca odolnosť proti korózii

Vynikajúca zvárateľnosť

Vynikajúca odolnosť proti tečeniu

Dobrá stabilita pri vysokých{0}}teplotách

Vynikajúca biokompatibilita

Obmedzenia

Nedá sa výrazne posilniť tepelnou úpravou

Stredná pevnosť v porovnaní s pokročilými zliatinami

Typické aplikácie

Zariadenia na chemické spracovanie

Výmenníky tepla morskej vody

Lekárske prístroje

Systémy odsoľovania

Bežné zliatiny alfa

Titán 1. stupňa

Titán 2. stupňa

Titán 7. stupňa (Pd-zvýšená odolnosť proti korózii)

Fáza (beta titán): tvarovateľná, tepelne spracovateľná, ultra{0}}vysoká pevnosť

Beta titán má kryštálovú štruktúru -kubickej (BCC) so stredom tela.

Kľúčové výhody

Výborná tvarovateľnosť za studena

Hlboká kaliteľnosť

Reakcia na-tepelné spracovanie

Veľmi vysoký pevnostný potenciál

Nižší modul pružnosti pre niektoré biomedicínske aplikácie

Obmedzenia

Menej tepelne stabilné ako zliatiny alfa

Drahšie v dôsledku legujúcich prísad

Typické aplikácie

Letecké spojovacie prvky

Ortodontické drôty

Komponenty podvozku

Pružiny s vysokou{0}}pevnosťou

Bežné beta zliatiny

Beta C (Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr)

Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al

Ti-5553

Ti-10V-2Fe-3Al

+ Zliatiny titánu: To najlepšie z oboch svetov

Najpoužívanejšie zliatiny titánu obsahujú alfa aj beta fázy.

Tieto zliatiny kombinujú:

Vysoká pevnosť

Vynikajúca odolnosť proti únave

Dobrá zvárateľnosť

Vynikajúca odolnosť proti korózii

Schopnosť tepelného spracovania-

Najobľúbenejšia zliatina: Ti-6Al-4V (stupeň 5 / TC4)

Ti-6Al-4V predstavuje väčšinu globálnej spotreby titánových zliatin.

Hliník (Al) stabilizuje fázu

Vanád (V) stabilizuje fázu

Aplikácie

Konštrukčné diely lietadla

Komponenty turbíny

Ortopedické implantáty

Námorný hardvér

3D tlačené titánové diely

Medicínsky variant

Ti-6Al-4V ELI (trieda 23, ASTM F136)

Legujúce prvky: Kto čo stabilizuje?

Stabilizátory

Tým sa zvýši teplota transformácie alfa-na{1}}beta.

hliník (Al)

kyslík (O)

dusík (N)

uhlík (C)

Stabilizátory

Tie znižujú transformačnú teplotu a môžu zachovať beta fázu pri izbovej teplote.

Izomorfné beta stabilizátory

Vanád (V)

molybdén (Mo)

niób (Nb)

tantal (Ta)

Eutektoidné beta stabilizátory

Železo (Fe)

chróm (Cr)

mangán (Mn)

Neutrálne prvky

Zirkónium (Zr)

Cín (Sn)

Tieto zlepšujú celkové mechanické vlastnosti bez výrazného posunu fázovej rovnováhy.

Klasifikácia zliatiny titánu

Alfa zliatiny

Príklady: TA1, TA2, 1. ročník, 2. ročník

Vlastnosti:

Vynikajúca odolnosť proti korózii

Výborná zvárateľnosť

Stabilná mikroštruktúra

Alfa-beta zliatiny

Príklady: TC4, Ti-6Al-4V, Ti-6242

Vlastnosti:

Vyvážená pevnosť a húževnatosť

Tepelne spracovateľný

Široko používaný v leteckom a lekárskom sektore

Beta zliatiny

Príklady: TB5, Ti-5553, Beta C

Vlastnosti:

Mimoriadne-vysoká pevnosť

Výborná tvarovateľnosť za studena

Pokročilé letecké aplikácie

Prečo sú pri 3D tlači dôležité fázy alfa a beta

Pri fúzii laserového prášku (LPBF) a tavení elektrónovým lúčom (EBM) rýchlosť ochladzovania silne ovplyvňuje vývoj fázy alfa-beta.

Výrobcovia používajú:

Riešenie a starnutie

Izostatické lisovanie za tepla (HIP)

Žíhanie na zmiernenie stresu

ovládať:

Martenzitická ′ transformácia

Únavový výkon

Zvyškový stres

Jednotnosť mikroštruktúry

To je rozhodujúce pre leteckú -certifikovanú a implantovanú-výrobu aditív.

Prečo na lekárskych implantátoch záleží

Moderní dizajnéri implantátov čoraz častejšie používajú zliatiny beta titánu, pretože ponúkajú:

Nižší modul pružnosti

Znížené tienenie proti stresu

Zlepšená osseointegrácia

MRI kompatibilita

Vynikajúca biokompatibilita

Populárne biomedicínske zliatiny zahŕňajú:

Ti-6Al-4V ELI

Ti-13Nb-13Zr

Ti-24Nb-4Zr-8Sn

Prečo na nich záleží v letectve

Leteckí inžinieri prispôsobujú fázovú rovnováhu tak, aby optimalizovali:

Špecifická sila

Odolnosť proti únave

Lomová húževnatosť

Odolnosť voči tečeniu

Tolerancia poškodenia

Príklady:

Ti-6Al-4V pre draky lietadiel

Ti-6242 pre komponenty kompresorov

Ti-17 a Ti-5553 pre podvozky a konštrukčné výkovky

Jednoduché zhrnutie

Alfa a beta sú kryštálové štruktúry, nie samostatné kovy.

882 stupňov je teplota fázovej transformácie čistého titánu.

Alfa fáza ponúka stabilitu, odolnosť proti korózii a zvárateľnosť.

Beta fáza ponúka tvarovateľnosť a tepelne-spracovateľnú ultra{1}}vysokú pevnosť.

Alfa-beta zliatiny, ako napríklad Ti-6Al-4V, poskytujú najlepší celkový výkon.

Fázová kontrola je základom dizajnu zliatiny titánu v leteckom, medicínskom, námornom a aditívnom priemysle.