Titan va uning qotishmalari

Titan dioksidi yuqori haroratda metallda eriydi va uning hosil bo'lishi juda baquvvat. Ushbu ikkita omil shuni anglatadiki, eng ehtiyotkorlik bilan tozalanganidan tashqari barcha titan miqdori sezilarli darajada erigan kislorod va shuning uchun Ti-O qotishmasi deb hisoblash mumkin. Oksid cho'kmalari bir oz kuch beradi (yuqorida aytib o'tilganidek), ammo issiqlik bilan ishlov berishga unchalik ta'sir qilmaydi va qotishma pishiqligini sezilarli darajada pasaytirishi mumkin.
Ko'pgina qotishmalar tarkibida titan ham kichik qo'shimchalar mavjud, ammo qotishmalar odatda qaysi element materialning ko'p qismini tashkil etishi bo'yicha toifalarga ajratilganligi sababli, ular odatda "titanium qotishmalari" deb hisoblanmaydi. Quyidagi maqolaga qarang titaniumli ilovalar. Titanning savdo (99,2% tozaligi) markalari umumiy tortishish kuchi taxminan 434 MPa ni tashkil etadi, bu oddiy, past po'lat qotishmalariga teng, ammo unchalik zich emas. Titanium alyuminiydan 60% zichroq, lekin eng ko'p ishlatiladigan 6061-T6 alyuminiy qotishmasidan ikki baravar kuchliroqdir. AISI304 zanglamaydigan po'latdan yasalgan qotishma uchun ishlatiladigan titanium CP-Ti, 2-sinf, qalinligi 300µm.[8]
Faqatgina titanium kuchli, engil metalldir. U oddiy, kam uglerodli po'latlarga qaraganda kuchliroq, ammo 45% engilroq. Bundan tashqari, zaif alyuminiy qotishmalaridan ikki baravar kuchli, ammo atigi 60% og'irroq. Titanium dengiz suviga nisbatan juda yaxshi korroziyaga chidamliligiga ega va shu sababli pervanel vallarida, burg'ulash va dengiz suvlari ta'sirida bo'lgan qayiqlarning boshqa qismlarida qo'llaniladi. Titan va uning qotishmalari samolyotlarda, raketalarda va raketalarda ishlatiladi, bu erda kuch, past og'irlik va yuqori haroratga qarshilik muhim ahamiyatga ega. Bundan tashqari, titanium inson tanasida reaksiyaga kirishmaganligi sababli, u va uning qotishmalari sun'iy bo'g'inlar, vintlar va plastinkalarda sinish va boshqa biologik implantlar uchun ishlatiladi. Qarang Titanium # Ortopedik implantlar.
Titan navlari
Advertisement
The ASTM International titanium va titanium qotishma choksiz quvurlari bo'yicha standart quyidagi ishlov berishni talab qiladigan quyidagi qotishmalarga ishora qiladi:
"Qotishmalar quyidagi shartlarda etkazib berilishi mumkin: 5, 23, 24, 25, 29, 35 yoki 36 sinflar tavlangan yoki yoshi; 9, 18, 28 yoki 38 sinflar sovuq ishlov berilgan va stressdan xalos bo'lgan yoki tavlangan; 9-sinflar , 18, 23, 28 yoki 29 o'zgargan beta holati; va 19, 20 yoki 21 sinflar eritma bilan ishlov berilgan yoki eritma bilan ishlangan va yoshi. "[9]
"1-eslatma - H darajali material tegishli raqamli daraja bilan bir xil (ya'ni 2H sinf = 2-daraja), yuqori kafolatlangan minimaldan tashqari UTS, va har doim tegishli raqam darajasi talablariga javob beradigan sertifikatlarga ega bo'lishi mumkin. 2H, 7H, 16H va 26H sinflari asosan bosim ostida ishlaydigan idishlar uchun mo'ljallangan. "[9]
"H darajalari foydalanuvchilarning assotsiatsiyasi talabiga binoan 5200 dan ortiq tijorat 2, 7, 16 va 26-sinflar bo'yicha hisobotlarni o'rganish asosida qo'shildi, bu erda 99% dan oshiq 58 ksi minimal UTS talablariga javob berdi."[9]
1-sinf
eng egiluvchan va yumshoq titanium qotishmasidir. Bu sovuqni shakllantirish va korroziy muhit uchun yaxshi echimdir. ASTM / ASME SB-265 tijorat uchun toza titaniumli plitalar va plitalar uchun standartlarni taqdim etadi.[10]
2-sinf
Lehimsiz titanium, standart kislorod.
2H sinf
Lehimsiz titan (2-daraja, 58 ksi minimal UTS bilan).
3-sinf
Aralashmagan titanium, o'rtacha kislorod.
1-4 sinflar ishsiz va tijorat jihatdan toza yoki "CP" hisoblanadi. Umuman olganda, kuchlanish va oqim kuchi ushbu "toza" navlar uchun marka raqamiga ko'tariladi. Ularning fizik xususiyatlaridagi farq, avvalambor, miqdori bilan bog'liq interstitsial elementlar. Ular korroziyaga chidamliligi uchun ishlatiladi, bu erda narx, ishlab chiqarish qulayligi va payvandlash muhim ahamiyatga ega.
5-sinf shuningdek, nomi bilan tanilgan Ti6Al4V, Ti-6Al-4V yoki Ti 6-4
Ti-6Al-4V-ELI (23-sinf) bilan aralashmaslik kerak, eng ko'p ishlatiladigan qotishma. Uning kimyoviy tarkibi 6% alyuminiy, 4% vanadiy, 0,25% (maksimal) temir, 0,2% (maksimal) kislorod va qolgan titan.[11] U bir xil qattiqlik va issiqlik xususiyatlariga ega bo'lgan holda (1-sinflar 4) tijorat jihatdan toza bo'lgan titandan sezilarli darajada kuchliroq (issiqlik o'tkazuvchanligi bundan mustasno, bu 5 Ti sinfida CP Ti-ga qaraganda taxminan 60% past).[12] Ko'pgina afzalliklari orasida u issiqlik bilan davolanadi. Ushbu sinf mustahkamlik, korroziyaga chidamlilik, payvandlash va ishlab chiqarishning ajoyib kombinatsiyasidir.
"Ushbu alfa-beta qotishmasi titanium sanoatining ishchi qotishmasi. Qotishma 15 mm gacha bo'lgan qismlarda to'liq issiqlik bilan ishlov beradi va taxminan 400 ° C (750 ° F) gacha ishlatiladi. U eng ko'p ishlatiladiganligi sababli qotishma - eritilgan barcha qotishma markalarining 70% dan ortig'i Ti6Al4V sub-sinfidir, uning ishlatilishida ko'plab aerokosmik samolyot va dvigatel komponentlari, shuningdek, dengiz, dengiz va energiya ishlab chiqarish sohalarida aerokosmik bo'lmagan asosiy dasturlar mavjud. "[13]
"Ilovalar: Pichoqlar, disklar, halqalar, samolyotlar, mahkamlagichlar, butlovchi qismlar. Kemalar, holatlar, hublar, qalbakilashtirishlar. Biyomedikal implantatlar. "[11]
Odatda Ti-6Al-4V 400 daraja Selsiygacha bo'lgan dasturlarda qo'llaniladi. Unda zichlik taxminan 4420 kg / m3, Yosh moduli dan 120 GPa va mustahkamlik chegarasi 1000 MPa dan.[14] Taqqoslash uchun, tavlanadigan 316 zanglamaydigan po'lat zichligi 8000 kg / m ga teng3, 193 GPa moduli va 570 MPa kuchlanish kuchi.[15] Tempered 6061 alyuminiy qotishmasi zichligi 2700 kg / m3, 69 GPa moduli va mos ravishda 310 MPa kuchlanish kuchi.[16]
Ti-6Al-4V standart xususiyatlariga quyidagilar kiradi:[17]
AMS: 4911, 4928, 4965, 4967, 6930, 6931, T-9046, T9047
ASTM: B265, B348, F1472
Mil: T9046 T9047
DMS: 1592, 1570
6-sinf
tarkibida 5% alyuminiy va 2,5% qalay mavjud. U Ti-5Al-2.5Sn nomi bilan ham tanilgan. Ushbu qotishma yuqori haroratlarda payvandlanuvchanligi, barqarorligi va mustahkamligi tufayli samolyotda va reaktiv dvigatellarda ishlatiladi.[18]
7-sinf
0,12 dan 0,25% gacha paladyum. Ushbu daraja 2-darajaga o'xshaydi. Paladyumning oz miqdordagi miqdori past harorat va yuqori haroratlarda yoriqlarning korroziyaga chidamliligini oshiradi. pH.[19]
7H sinf
kuchaytirilgan korroziyaga chidamliligi bilan 7-sinf bilan bir xil.[19]
9-sinf
tarkibida 3,0% alyuminiy va 2,5% vanadiy mavjud. Ushbu daraja "toza" navlarni payvandlash va ishlab chiqarish qulayligi bilan 5-sinfning yuqori kuchliligi o'rtasidagi kelishuvdir, u odatda gidravlika uchun samolyot quvurlarida va sport anjomlarida qo'llaniladi.
11-sinf
tarkibida 0,12 dan 0,25% gacha paladyum mavjud. Ushbu daraja korroziyaga chidamliligini oshirdi.[20]
12-sinf
tarkibida 0,3% molibden va 0,8% nikel mavjud.[20]
13-sinflar, 14va 15
barchasi 0,5% nikel va 0,05% o'z ichiga oladi ruteniy.
16-sinf
tarkibida 0,04 dan 0,08% gacha paladyum mavjud. Ushbu daraja korroziyaga chidamliligini oshirdi.
16H sinf
tarkibida 0,04 dan 0,08% gacha paladyum mavjud.
17-sinf
tarkibida 0,04 dan 0,08% gacha paladyum mavjud. Ushbu daraja korroziyaga chidamliligini oshirdi.[iqtibos kerak ]
18-sinf
tarkibida 3% alyuminiy, 2,5% vanadiy va 0,04 dan 0,08% gacha palladiy mavjud. Ushbu baho mexanik xususiyatlari bo'yicha 9-sinf bilan bir xildir. Qo'shilgan paladyum korroziyaga chidamliligini oshiradi.[iqtibos kerak ]
19-sinf
tarkibida 3% alyuminiy, 8% vanadiy, 6% xrom, 4% zirkonyum va 4% molibden mavjud.
20-sinf
tarkibida 3% alyuminiy, 8% vanadiy, 6% xrom, 4% zirkonyum, 4% molibden va 0,04% dan 0,08% gacha palladiy bor.
21-sinf
tarkibida 15% molibden, 3% alyuminiy, 2,7% niobiy va 0,25% kremniy.
23-sinf shuningdek, nomi bilan tanilgan Ti-6Al-4V-ELI yoki TAV-ELI
tarkibida 6% alyuminiy, 4% vanadiy, 0,13% (maksimal) kislorod mavjud. ELI Extra Low Interstitial degan ma'noni anglatadi. Kamaytirilgan interstitsial elementlar kislorod va temir kuchning bir oz pasayishi bilan süneklik va sinish chidamliligini yaxshilash.[20] TAV-ELI eng ko'p ishlatiladigan tibbiyot hisoblanadi implantatsiya - titanium qotishmasi.[20][21]
Ti-6Al-4V-ELI standart xususiyatlariga quyidagilar kiradi:[21]
AMS: 4907, 4930, 6932, T9046, T9047
ASTM: B265, B348, F136
Mil: T9046 T9047
24-sinf
tarkibida 6% alyuminiy, 4% vanadiy va 0,04% dan 0,08% palladiy bor.
25-sinf
tarkibida 6% alyuminiy, 4% vanadiy va 0,3% dan 0,8% gacha nikel va 0,04% dan 0,08% palladiy mavjud.
26-sinflar, 26Hva 27
barchasi 0,08 dan 0,14% gacha ruteniyni o'z ichiga oladi.
28-sinf
tarkibida 3% alyuminiy, 2,5% vanadiy va 0,08 dan 0,14% gacha ruteniy bor.
29-sinf
tarkibida 6% alyuminiy, 4% vanadiy va 0,08 dan 0,14% ruteniyum mavjud.
30-sinflar va 31
tarkibida 0,3% kobalt va 0,05% paladyum mavjud.
32-sinf
tarkibida 5% alyuminiy, 1% qalay, 1% zirkonyum, 1% vanadiy va 0,8% molibden mavjud.
33-sinflar va 34
tarkibida 0,4% nikel, 0,015% palladiy, 0,025% ruteniy va 0,15% xrom mavjud.[iqtibos kerak ]
35-sinf
tarkibida 4,5% alyuminiy, 2% molibden, 1,6% vanadiy, 0,5% temir va 0,3% kremniy bor.
36-sinf
tarkibida 45% niobiy mavjud.
37-sinf
tarkibida 1,5% alyuminiy mavjud.
38-sinf
tarkibida 4% alyuminiy, 2,5% vanadiy va 1,5% temir mavjud. Ushbu sinf zirhli qoplama sifatida foydalanish uchun 1990-yillarda ishlab chiqilgan. Dazmol beta stabilizatori sifatida zarur bo'lgan Vanadiy miqdorini kamaytiradi. Uning mexanik xususiyatlari 5-sinfga juda o'xshash, ammo 9-sinfga o'xshash sovuqda yaxshi ishlashga ega.[22]
Issiqlik bilan ishlov berish
Titan qotishmalari issiqlik bilan ishlov berilgan bir necha sabablarga ko'ra, asosiysi eritmani davolash va qarish bilan kuchini oshirish, shuningdek sinishning chidamliligi, charchoqqa chidamliligi va yuqori haroratli suzish kuchi kabi maxsus xususiyatlarni optimallashtirishdir.
Alfa va alfa-qotishmalarini issiqlik bilan ishlov berish orqali keskin o'zgartirish mumkin emas. Stressni yumshatish va yumshatish - bu titanium qotishmalar sinfida ishlatilishi mumkin bo'lgan jarayonlar. Beta qotishmalari uchun issiqlik bilan ishlov berish davrlari alfa va alfa-beta qotishmalaridan sezilarli darajada farq qiladi. Beta qotishmalari nafaqat stressni yumshatish yoki yoqish, balki eritmani davolash va qarish ham mumkin. Alfa-beta qotishmalari ikki fazali qotishmalar bo'lib, xona haroratida ham alfa, ham beta fazalarni o'z ichiga oladi. Alfa-beta qotishmalaridagi fazalar tarkibi, o'lchamlari va taqsimotlari ma'lum chegaralarda issiqlik bilan ishlov berish orqali boshqarilishi mumkin, bu esa xususiyatlarni moslashtirishga imkon beradi.
Alfa va alfa yaqinidagi qotishmalar
Alfa qotishmalarining mikro tuzilishini issiqlik bilan ishlov berish bilan kuchli manipulyatsiya qilish mumkin emas, chunki alfa qotishmalarida o'zgarishlar sezilarli darajada o'zgarmaydi. Natijada, alfa qotishmalari uchun yuqori quvvatni issiqlik bilan ishlov berish orqali olish mumkin emas. Shunga qaramay, alfa va alfa-titan qotishmalari stressni yumshatishi va tavlanishi mumkin.
Alfa-beta qotishmalari
Alfa-beta qotishmalarini alfa-beta o'tish harorati ostida yoki undan yuqori bo'lgan joyda issiqlik bilan ishlov berish bilan bir qatorda katta miqdordagi mikro-strukturaviy o'zgarishlarga erishish mumkin. Bu materialning qattiqlashishini keltirib chiqarishi mumkin. Eritmani davolash va qarish alfa-beta qotishmalarida maksimal quvvatni hosil qilish uchun ishlatiladi. Shuningdek, titanium qotishmalar guruhi uchun boshqa issiqlik bilan ishlov berish, shu jumladan stressni yumshatuvchi issiqlik bilan ishlov berish amaliyoti qo'llaniladi.
Beta qotishmalari
Tijorat beta qotishmalarida stressni engillashtiradigan va qarishni davolash usullari birlashtirilishi mumkin.
Qo'llash yoki ishlatish bilan titanium qotishmalari
Aerokosmik tuzilmalar
Titanium korroziyaga chidamliligi uchun aviatsiyada muntazam ravishda ishlatiladi, bu issiqqa chidamli xususiyatlar, shuningdek, po'lat bilan solishtirganda engil yoki alyuminiydan ancha zaif va pastroq.
Arxitektura qoplamasi
Biotibbiy usulda ishlatiladigan titanium qotishmalari

Bilak uchun titanium plastinka

Titanli qotishmalar metall ortopedik qo'shimchalarni almashtirish va suyak plastinkalarini operatsiyalari uchun keng qo'llanilgan. Ular odatda zarb qilingan yoki quyma novdalardan tayyorlanadi CNC, SAPR -drivenli ishlov berish yoki chang metallurgiya ishlab chiqarish. Ushbu texnikalarning har biri o'ziga xos afzalliklari va kamchiliklariga ega. Qayta ishlangan buyumlar ishlov berish jarayonida mahsulotning oxirgi shakliga qadar katta miqdorda moddiy yo'qotishlarga olib keladi va quyma namunalar uchun mahsulotni oxirgi shaklda olish keyingi ishlov berish va ishlov berishni biroz cheklaydi (masalan.) yog'ingarchilikning qattiqlashishi ), ammo kasting yanada samaraliroq. An'anaviy kukunli metallurgiya usullari ham moddiy jihatdan samaraliroq, ammo to'liq zich mahsulotlarni olish odatiy muammo bo'lishi mumkin.[23]
Qattiq erkin shakldagi to'qima paydo bo'lishi bilan (3D bosib chiqarish ) maxsus ishlab chiqilgan biomedikal implantlarni (masalan, son bo'g'imlari) ishlab chiqarish imkoniyati amalga oshirildi. Hozirda u keng miqyosda qo'llanilmasa ham, erkin shaklni tayyorlash usullari chiqindilarni kukunini (ishlab chiqarish jarayonidan) qayta ishlash imkoniyatini beradi va kerakli xususiyatlarni va shu bilan implantning ishlashini tanlab oladi. Elektron nurlarini eritish (EBM) va Tanlab lazer bilan eritish (SLM) - bu Ti-qotishmalarini erkin shaklda tayyorlash uchun qo'llaniladigan ikkita usul. Ishlab chiqarish parametrlari mahsulotning mikroyapısına katta ta'sir qiladi, masalan. tez sovitish tezligi SLM da past darajadagi erishi bilan birgalikda martensitik alfa-prim fazasining ustun shakllanishiga olib keladi va juda qattiq mahsulot beradi.[23]
Ti-6Al-4V / Ti-6Al-4V-ELI
Ushbu qotishma yaxshi biokompatibillikka ega, na sitotoksik, na genotoksik.[24] Ti-6Al-4V ba'zi bir yuklash sharoitida zaif qirqish kuchi va sirt aşınma xususiyatlariga ega:[11]
Bio muvofiqligi: Zo'r, ayniqsa to'qima yoki suyak bilan bevosita aloqa qilish zarur bo'lganda. Ti-6Al-4V ning zaif siljish kuchi uni suyak vintlari yoki plitalari uchun keraksiz qiladi. Bundan tashqari, u sirtning yomon aşınma xususiyatlariga ega va o'zi va boshqa metallar bilan toymasin aloqada bo'lganda, uni egallashga intiladi. Nitridlash va oksidlanish kabi sirtni davolash sirt aşınma xususiyatlarini yaxshilashi mumkin.[11]
Ti-6Al-7Nb
Ushbu qotishma Ti-6Al-4V o'rnini bosuvchi biomedikal sifatida ishlab chiqilgan, chunki Ti-6Al-4V tarkibida vanadiy bor, u izolyatsiya qilinganida sitotoksik natijalarni ko'rsatgan.[25]:1 Ti-6Al-7Nb tarkibida 6% alyuminiy va 7% niobiy mavjud.[25]:18
Ti6Al7Nb - bu jarrohlik implantlari uchun mukammal biokompatibatsiyaga ega bo'lgan yuqori quvvatli titanium qotishmasi. Kestirib qo'shimchalarini almashtirish uchun ishlatiladi, u 1986 yil boshidan beri klinik qo'llanilmoqda.[26]