Titāna un titāna sakausējumu pagātne, tagadne un nākotne
1. Titāna metāla avots
Titāna metālu 1791. gadā Anglijā pirmo reizi atklāja mineralogs amatieris Gregors. Līdz 1795. gadam vācu ķīmiķis Klaprs nosauca šo nezināmo metāla vielu grieķu dieva Titānu vārdā. Ķīniešu-angļu tulkojums vārdam "titāns". Titāna uz zemes ir daudz. Ir zināmi vairāk nekā 140 titāna minerāli, bet rūpnieciskie pielietojumi galvenokārt ir ilmenīts un rutils. Tostarp Ķīnas ilmenīta rezerves veido 28% no pasaules rezervēm, ieņemot pirmo vietu pasaulē.
Titāns ir pasaulē atzīts netoksisks elements, taču tā ieguves un ražošanas izmaksas ir augstas un dārgas. Pateicoties virknei kvalifikāciju, piemēram, izturībai pret augstu un zemu temperatūru, stipru skābju un sārmu izturību, augstu izturību un zemu blīvumu, tas ir kļuvis par īpašu materiālu NASA tai pašai raķetei un satelītam, kā arī ir izmantots tādos super projektos kā, piemēram, manas valsts Yutu, J-20 un Shandong lidmašīnas bāzes kuģis. Pēc ienākšanas civilajā jomā 80. gados tas ir kļuvis par "Goda metālu karali" pārtikas piederumu nozarē, pateicoties savām dabiskajām antibakteriālajām un biofilajām īpašībām.
manas valsts titāna rūpniecība aizsākās pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados. Līdz -1960gadu vidum mana valsts bija uzbūvējusi sūkļa titāna un titāna pārstrādes rūpnīcas attiecīgi Zunyi un Baoji, kas nozīmē, ka Ķīna ir kļuvusi par vienu no pasaules titāna rūpniecības lielvarām. 21. gadsimtā manas valsts titāna rūpniecība ir iegājusi jaunā paātrinātas attīstības periodā, un tās titāna ražošanas jauda ir viena no labākajām pasaulē.
2. Atšķirība starp tīru titānu un titāna sakausējumu
Tīrs titāns:
Vai arī to sauc par rūpniecisko tīro titānu vai komerciālo tīro titānu, to klasificē pēc piemaisījumu elementu satura. Tam ir lieliska štancēšanas procesa veiktspēja un metināšanas veiktspēja, tas ir nejutīgs pret termisko apstrādi un struktūras tipu, un tam ir noteikta izturība apmierinošos plastiskuma apstākļos. Tās stiprums galvenokārt ir atkarīgs no intersticiālo elementu skābekļa un slāpekļa satura. 99,5% rūpnieciski tīra titāna īpašības ir: blīvums P=4.5g/cm3, kušanas temperatūra 1800 grādi, siltumvadītspēja λ=15.24W/(MK), stiepes izturība σ b{{8} }MPa, pagarinājums: δ=25% , Laukuma samazināšana ψ=25%, elastības modulis E=1,078 × 105 MPa, cietība HB195.
Titāna sakausējums:
Titāna sakausējums ir sakausējums, kas sastāv no titāna un citiem elementiem. Tas ir salīdzinoši jauns metāls, un tam ir tikai 60 līdz 70 gadu vēsture kopš tā atklāšanas. Titāna sakausējuma materiāliem ir viegls svars, augsta izturība, zema elastība, augsta temperatūras izturība un izturība pret koroziju, un tos galvenokārt izmanto aviācijas dzinējos, raķetēs, raķetēs un citos komponentos. Titānam ir divu veidu alotropiskie kristāli; titāns ir izomērs ar kušanas temperatūru 1720 grādi, un, ja tas ir zemāks par 882 grādiem, tam ir cieši iesaiņota sešstūra kristāla režģa struktūra, ko sauc par titānu; virs 882 grādiem, tā ir uz ķermeni centrēta. Kubiskā režģa struktūra, ko sauc par B titānu, izmanto iepriekš minēto divu titāna struktūru dažādās īpašības un pievieno atbilstošus leģējošus elementus, lai pakāpeniski mainītu fāzes pārejas temperatūru un fāzes saturu, lai iegūtu titāna sakausējumus. (itāna sakausējumi) ar dažādām struktūrām.
Titāna sakausējuma elementus var iedalīt trīs kategorijās pēc to ietekmes uz fāzes pārejas temperatūru: ① Elementi, kas stabilizē fāzi un palielina fāzes pārejas temperatūru, ir stabili elementi, tostarp alumīnijs, magnijs, skābeklis un slāpeklis. Starp tiem alumīnijs ir galvenais titāna sakausējuma leģējošais elements, kam ir acīmredzama ietekme uz sakausējuma stiprības uzlabošanu istabas temperatūrā un augstā temperatūrā, samazinot īpatnējo svaru un palielinot elastības moduli. ② Elementi, kas stabilizē B fāzi un pazemina fāzes pārejas temperatūru, ir B stabili elementi. To var arī iedalīt izokristālā un eitektoīdā. Pirmajā ietilpst molibdēns, niobijs, vanādijs utt.; pēdējie ietver hromu, mangānu, varu, silīciju utt. ③ Elementi, kas maz ietekmē fāzes pārejas temperatūru, ir neitrāli elementi, piemēram, cirkonijs un alva.
TA1 (amerikāņu standarts gr1)
TA1 (Gr1) titāns ir pirmais no četrām komerciāli tīra titāna kategorijām. Tā ir mīkstākā un kaļamākā no šīm kategorijām. Tam ir maksimāla formējamība, lieliska izturība pret koroziju un augsta triecienizturība. TA1 klases materiāls ir izvēlēts jebkuram lietojumam, kam nepieciešama viegla formējamība, un tas parasti ir pieejams kā titāna loksne un titāna caurules.
TA2 (American Standard Gr2) pakāpe
TA2 klases titāna daudzveidīgās pieejamības un plašās pieejamības dēļ tas ir pazīstams kā tīrā titāna komerciālās rūpniecības "darba zirgs". Tam ir daudzas tādas pašas īpašības kā TA1 klases titānam, taču tas ir nedaudz stiprāks. Abi ir vienlīdz izturīgi pret koroziju. Šai šķirai ir laba metināmība, izturība, lokanība un formējamība. Tas padara TA2 klases titāna stieni un plāksni par pirmo izvēli daudzām vajadzībām celtniecībā, elektroenerģijas ražošanā, medicīnas nozarē un daudzās citās jomās.
TA3 (American Standard Gr3) pakāpe
Šajā kategorijā tiek izmantotas vismaz komerciāli tīras titāna kategorijas, taču tas nepadara to mazāk vērtīgu. TA3 klase ir stiprāka nekā TA1 un TA2, ar līdzīgu elastību un tikai nelielu formējamību, taču tai ir augstākas mehāniskās īpašības nekā tā priekšgājējiem. TA3 klase tiek izmantota lietojumos, kuros nepieciešama mērena izturība un primārā izturība pret koroziju, piemēram, kosmosa, ķīmiskās apstrādes, jūras rūpniecībā utt.
TA4 (American Standard Gr4) pakāpe
TA4 klase tiek uzskatīta par spēcīgāko no četrām komerciāli tīrā titāna. Tas ir arī pazīstams ar izcilo izturību pret koroziju, labu formējamību un metināmību. To izmanto dažos lidmašīnu korpusa komponentos, kriogēnos tvertnēs, siltummaiņos un citos lietojumos, kam nepieciešama augsta izšķirtspēja.
TA9 (American Standard Gr7) pakāpe
TA9 pakāpe ir mehāniski un fiziski līdzvērtīga TA2 pakāpei, izņemot to, ka tiek pievienots intersticiālais elements pallādijs, lai padarītu to par sakausējumu. 7. klasei ir lieliska metināmība un īpašības, un tā ir visizturīgākā pret koroziju no visiem titāna sakausējumiem. Faktiski tā ir visizturīgākā pret koroziju no reducējošām skābēm. TA9 klase tiek izmantota ķīmisko procesu un ražošanas iekārtu komponentiem. TA9 ir ārkārtīgi spēcīga izturība pret koroziju, īpaši samazinot skābo vidi.
TA9-1 (American Standard Gr11) pakāpe
Pakāpe TA9-1 ir ļoti līdzīga TA1 klasei, izņemot to, ka ir pievienots neliels daudzums pallādija, lai uzlabotu izturību pret koroziju, padarot to par sakausējumu. Šo izturību pret koroziju var izmantot, lai novērstu plaisu koroziju un samazinātu skābes hlorīdu vidē. Citas noderīgas īpašības ietver optimālu lokanību, aukstā formējamību, lietderīgo izturību, triecienizturību un izcilu metināmību. Šo sakausējumu var izmantot tajos pašos titāna lietojumos kā 1. pakāpē, īpaši, ja ir vēlama korozija.
Ti 6Al-4V (nacionālais standarts TC4, Amerikas standarts Gr5, piemēram
5. pakāpes titāna loksne, 5. pakāpes titāna plāksne, 5. pakāpes titāna stienis)
Titāna sakausējumu "darba zirgs" ir Ti 6Al-4V jeb 5. klases titāns, kas ir visbiežāk izmantotais no visiem titāna sakausējumiem. Tas veido 50% no kopējā titāna patēriņa pasaulē. Tās lietojamība slēpjas daudzās priekšrocībās. Ti 6Al-4V var termiski apstrādāt, lai palielinātu tā izturību. To var izmantot metinātās konstrukcijās ekspluatācijas temperatūrā līdz 600 grādiem F. Šim sakausējumam ir augsta izturība, kas nodrošina vieglu svaru, noderīgu formējamību un augstu izturību pret koroziju. Ti 6AI-4V pieejamība padara to par optimālu sakausējumu izmantošanai vairākās nozarēs, piemēram, kosmosa, medicīnas, jūras un ķīmiskās apstrādes rūpniecībā. To var izmantot, lai izveidotu šādu tehnisko saturu:
• Lidmašīnu turbīnas
• Dzinēja sastāvdaļas
• Gaisa kuģa konstrukcijas sastāvdaļas
• Aviācijas un kosmosa stiprinājumi
• Augstas veiktspējas automātiskās daļas
• Jūras lietojumi
• Sporta inventārs
Ti-6AL-4V ELI titāna stienis (nacionālais standarts TC4ELI, Amerikas standarts Gr23)
Ti 6AL-4V ELI vai TC4ELI pakāpe ir augstākas tīrības pakāpes Ti 6Al-4V forma. To var izgatavot no spoles, savītas stieples, stieples vai plakanas stieples. Tā ir pirmā izvēle visur, kur nepieciešama augsta izturība, viegls svars, laba izturība pret koroziju un augsta izturība. Tam ir lieliska tolerance pret citiem sakausējumiem. Šīs priekšrocības padara TC4ELI par izcilāko zobārstniecības un medicīnas titāna pakāpi. Tā bioloģiskās saderības, labas noguruma izturības un zemā moduļa dēļ to var izmantot biomedicīnā, piemēram, implantējamos komponentos. To var izmantot arī detalizētām ķirurģiskām procedūrām, piemēram:
• Ortopēdiskās tapas un skrūves
• Ortopēdiskie kabeļi
• ligatūra klips
• Ķirurģiskā implantācija
• Ortodontiskās ierīces
• Locītavu nomaiņā
• kriogēns konteiners
• Kaulu fiksācijas ierīces
TA10 (American Standard Gr12) klase
TA10 klases titānam ir "Excellent" pakāpe, pateicoties tā augstas kvalitātes metināmībai. Tas ir ļoti izturīgs sakausējums, kas nodrošina lielu izturību augstās temperatūrās. TA10 klases titānam ir līdzīgas īpašības kā 300. sērijas nerūsējošajiem tēraudiem. Sakausējumu var veidot karsti vai auksti, izmantojot presformēšanu, hidroformēšanu, stiepes formēšanu vai nomešanas svaru. Tā spēja veidot dažādos veidos padara to noderīgu daudzās lietojumprogrammās. Šī sakausējuma augstā izturība pret koroziju padara to nenovērtējamu arī tām ražošanas iekārtām, kurās ir bažas par plaisu koroziju. TA10 pakāpi var izmantot šādās nozarēs un lietojumos:
• Korpuss un siltummainis
• Hidrometalurģiskais pielietojums
• Augstas temperatūras ķīmisko vielu ražošana
• Okeāna kravu un aviokompāniju sastāvdaļas
Ti 5Al-2.5Sn
Ti 5Al-2.5Sn ir termiski neapstrādājams sakausējums, kas var nodrošināt labu metināmību un stabilitāti. Tam ir arī augsta temperatūras stabilitāte, augsta izturība, laba izturība pret koroziju un laba šļūdes izturība. Šļūde attiecas uz plastmasas deformācijas fenomenu, kas ilgstoši notiek augstā temperatūrā. Ti 5Al-2.5Sn galvenokārt izmanto gaisa kuģu un lidmašīnu korpusu lietojumos un kriogēnos lietojumos.
