Sissejuhatus puhtast titaanist varrastest ja titaanisulamist varraste materjalidest
Titaanil ja titaanisulamitel on head keevitus-, kuum- ja külmsurvetöötlus- ja mehaanilised töötlemisomadused ning neid saab varustamiseks töödelda mitmesugusteks titaanprofiilideks, titaanvardadeks, titaanplaatideks ja titaantorudeks.
Titaan on ideaalne ehitusmaterjal. Titaani tihedus ei ole kõrge, ainult 4,5 g/m3, mis on 43% kergem kui teras. Titaan on aga kaks korda tugevam kui raud ja ligi 5 korda tugevam kui puhas alumiinium. Sellel on madal tihedus ja kõrge tugevusomadused. See suure tugevuse ja madala tiheduse kombinatsioon muudab titaanvardad tehnoloogias väga oluliseks. Samal ajal on titaanisulamist varraste korrosioonikindlus roostevaba terase omale lähedane või suurem, seetõttu kasutatakse seda laialdaselt naftas, kemikaalides, pestitsiidides, värvainetes, paberitootmises, kergetööstuses, lennunduses, kosmosetööstuses, ookeaniehituses ja JNE.
Titaanisulamidon kõrge eritugevusega (tugevuse ja tiheduse suhe). Titaanisulamist vardad ja puhtast titaanist vardad mängivad asendamatut rolli lennunduses, sõjatööstuses, laevaehituses, keemiatööstuses, metallurgia-, masina-, meditsiini- ja muudes valdkondades. Näiteks pärast kuumtöötlemist on titaanist ja alumiiniumist, kroomist, vanaadiumist, molübdeenist, mangaanist ja muudest elementidest koosneva sulami maksimaalne tugevus 1176.8-1471MPa ja eritugevus 27-33. Sama tugevusega legeerterase eritugevus on ainult 15.5 -19. Titaanisulamitel pole mitte ainult kõrge tugevus, vaid need on ka korrosioonikindlad, seetõttu kasutatakse neid laialdaselt laevaehituses, keemiatööstuses, meditsiiniseadmetes ja muudes valdkondades. Nende hulgas kasutatakse korrosioonikindlaid titaanisulameid peamiselt reaktorites, tornides, autoklaavides, soojusvahetites, pumpades, ventiilides, tsentrifuugides, torudes, liitmikes, elektrolüsaatorites jne erinevates tugevalt söövitavates keskkondades. Titaanisulamite kõrge hind piirab aga selle rakendusi.
Erinevat tüüpi titaanisulamite rakendused
1. Titaanjodiid, kaubanimi TAD: see on kõrge puhtusastmega titaan, mis on saadud joodimise meetodil, mistõttu seda nimetatakse titaanjodiidiks ehk keemiliselt puhtaks titaaniks. Siiski sisaldab see endiselt interstitsiaalseid lisandeid, nagu hapnik, lämmastik ja süsinik, millel on suur mõju puhta titaani mehaanilistele omadustele. Titaani puhtuse kasvades väheneb oluliselt titaani tugevus ja kõvadus; seetõttu iseloomustab seda: hea keemiline stabiilsus, kuid madal tugevus. Kõrge puhtusastmega titaani vähese tugevuse tõttu on selle kasutamine konstruktsioonimaterjalina vähetähtis, mistõttu kasutatakse seda tööstuses harva. Praegu kasutatakse tööstuses laialdaselt puhtast titaanist ja titaanisulamist vardaid.
2. Tööstuslik puhas titaan: Erinevalt keemiliselt puhtast titaanist sisaldab tööstuslik puhas titaan suuremas koguses hapnikku, lämmastikku, süsinikku ja mitmesuguseid muid lisandeid (nt raud, räni jne). See on oma olemuselt madala sulamisisaldusega. Titaani sulam. Võrreldes keemiliselt puhta titaaniga on selle tugevus oluliselt paranenud, kuna see sisaldab rohkem lisandeid. Selle mehaanilised ja keemilised omadused on sarnased roostevaba terase omaga (kuid siiski vähem tugevad kui titaanisulamid). Tööstusliku puhta titaani omadused on järgmised: madal tugevus, kuid hea plastilisus, lihtne töödelda, tembeldada ja keevitada ning sellel on hea töödeldavus; sellel on hea jõudlus atmosfääris, merevees, märjas klooris, oksüdeerivas, neutraalses ja nõrgalt redutseerivas keskkonnas. esitus. Korrosioonikindlus ja oksüdatsioonikindlus on paremad kui enamikul austeniitsetel roostevabadel terastel; kuid kuumakindlus on halb ja kasutustemperatuur ei tohiks olla liiga kõrge. Tööstuslik puhas titaan jaguneb lisandite sisalduse alusel kolme klassi: GR1, GR2 ja GR3. Nende kolme tüüpi tööstusliku puhta titaani interstitsiaalsed lisandid suurenevad järk-järgult, seega suureneb järk-järgult ka nende mehaaniline tugevus ja kõvadus, kuid plastilisus ja sitkus vähenevad vastavalt. Tööstuses tavaliselt kasutatav kaubanduslikult puhas titaan on GR2 selle mõõduka korrosioonikindluse ja ulatuslike mehaaniliste omaduste tõttu. GR3 saab kasutada, kui kulumiskindluse ja tugevuse nõuded on kõrged. GR1 saab valida siis, kui on vaja paremat vormimisjõudlust.
Tööstuslikku puhast titaani kasutatakse peamiselt osade ja korrosioonikindlate konstruktsiooniosade stantsimiseks, mille töötemperatuur on alla 350 kraadi ja madala pingega, kuid mis nõuavad head plastilisust, näiteks lennukiraamid, nahad, mootoritarvikud jne; merevee korrosioonikindlad torud, ventiilid ja pumbad laevadele. ja tiiburlaevad, magestamissüsteemi komponendid; keemilised soojusvahetid, pumba korpused, destilleerimistornid, jahutid, segistid, tiisid, tiivikud, kinnitusdetailid, ioonpumbad, kompressorventiilid ja diiselmootorite kolvid, ühendusvardad, plaadid Huang jne.
3. - tüüpi titaani sulam, kaubamärgid GR4 titaanvarras, BT5 titaanvarras, GR6 titaanvarras: seda tüüpi sulam on toatemperatuuril ja kasutustemperatuuril ühefaasilises olekus ning seda ei saa kuumtöötlemisega tugevdada (lõõmutamine on ainus kuumtöötlusviis ). Toetub peamiselt tahke lahuse tugevdamisele. Tugevus toatemperatuuril on üldiselt madalam kui -tüüpi ja - -tüüpi titaanisulamitel (kuid kõrgem kui tööstuslikul puhtal titaanil), kuid tugevus ja roometugevus kõrgel temperatuuril (500-600 kraadi) on kolmest kõrgeimad. titaanisulamite tüübid; Struktuur Sellel on hea stabiilsus, oksüdatsioonikindlus ja keevitusvõime, samuti hea korrosioonikindlus ja lõikamisvõime, kuid selle plastilisus on madal (termoplastsus on endiselt hea) ja toatemperatuuril stantsimine on halb. Nende hulgas on GR6 kõige laialdasemalt kasutatav. Sellel on lõõmutatud olekus keskmine kuni kõrge tugevus ja piisav plastilisus. Sellel on hea keevitatavus ja seda saab kasutada alla 500 kraadi. Kui interstitsiaalsete lisandite (hapnik, vesinik, lämmastik jne) sisaldus on äärmiselt madal, on sellel ka ülimadalatel temperatuuridel hea sitkus ja kõikehõlmavad mehaanilised omadused, mistõttu on see üks suurepäraseid ülimadala temperatuuri sulameid.
GR4 tõmbetugevus on veidi kõrgem kui tööstuslikul puhtal titaanil ja seda saab kasutada keskmise tugevusvahemiku konstruktsioonimaterjalina. Meie riigis kasutatakse peamiselt keevitustraadina. TA5 ja BT5 kasutatakse osade ja keevisõmbluste jaoks, mis töötavad söövitavas keskkonnas temperatuuril alla 400 kraadi, nagu lennukikatted, raamiosad, kompressori korpused, labad, laevaosad jne. GR6 kasutatakse konstruktsiooniosade ja mitmesuguste stantsidega sepistamiseks, mis töötavad 500 kraadi juures. pikka aega ja lühiajaliseks kasutamiseks võib see ulatuda 900 kraadini. Seda saab kasutada ka ülimadala temperatuuriga (-253 kraadi) osade jaoks (nt ülimadala temperatuuriga mahutid).
4. - tüüpi titaani sulam, kaubamärk TB2: seda tüüpi sulami peamised legeerivad elemendid on faasi stabiliseerivad elemendid, nagu molübdeen, kroom ja vanaadium. Normaliseerimise ja kustutamise ajal on kõrge temperatuuri faasi lihtne hoida toatemperatuuril ja saada stabiilsem faasistruktuur, mistõttu seda nimetatakse -tüüpi titaanisulamiks. -tüüpi titaanisulamit saab tugevdada kuumtöötlemise teel, sellel on kõrge tugevus ning hea keevitus- ja survetöötlusjõudlus; aga selle jõudlus ei ole piisavalt stabiilne, sulatusprotsess on keeruline ja selle kasutamine ei ole nii laialt levinud kui -tüüpi ja - -tüüpi titaanisulamid. Osasid, mida saab kasutada alla 350 kraadi, kasutatakse peamiselt mitmesuguste plaadistantside ja keevitatud osade valmistamiseks üldise kuumtöötlusega (tahke lahus, vanandamine); nagu kompressori labad, kettad, võllid ja muud raskeveokite pöörlevad osad, samuti lennukiosad jne. TB2 sulam tarnitakse tavaliselt lahusega töödeldud olekus ja seda kasutatakse pärast lahuses vanandamist.
5. Tavaliselt kasutatavad klassid titaanvarrastest ja titaanisulamist titaanvarrasteston BT3-1 titaanvardad ja Ti-662 titaanvardad: seda tüüpi sulamitel on toatemperatuuril kahefaasiline struktuur, sellest ka nimetus titaanisulam. Sellel on head terviklikud mehaanilised omadused ja enamikku neist saab kuumtöötlemisega tugevdada (kuid Ti-2AL-1.5Mn, Ti-4AL-1.5Mn ja TC7 ei saa kuumtöötlemisega tugevdada). Sellel on head sepistamis-, stantsimis- ja keevitusomadused, seda saab töödelda, sellel on toatemperatuuril kõrge tugevus ja kõrge tugevus alla 150-500 kraadi. Kuumakindlus, mõned (nt Ti-2AL-1.5Mn, Ti-4AL-1.5Mn, Ti-5AL-4V , GR5) on ka hea vastupidavusega madalal temperatuuril ja hea vastupidavus merevee pingekorrosioonile ja kuuma soola pingekorrosioonile; puuduseks on see, et struktuur ei ole piisavalt stabiilne.
GR5 on seda tüüpi kõige laialdasemalt kasutatav sulamGR5 titaanvarraste tarbimine moodustab ligikaudu poole olemasolevast titaanisulami toodangust. Sulamil pole mitte ainult head toatemperatuuri, kõrge temperatuuri ja madala temperatuuri mehaanilised omadused, vaid sellel on ka suurepärane korrosioonikindlus erinevates meediumites. Seda saab ka keevitada, kuumvormida, külmvormida ja tugevdada kuumtöödelda; seetõttu kasutatakse seda laialdaselt lennunduses, laevaehituses, keemiatööstuses ja muudes tööstussektorites. Ti-2AL-1.5Mn ja Ti-4AL-1.5Mn saab kasutada osade, keevitatud osade, stantsitud sepistavate ja painutatud osade stantsimiseks, mis töötavad alla 400 kraadi. Mõlemat sulamit kasutatakse ka madala temperatuuriga konstruktsioonimaterjalina. Ti-5AL-4V ja GR5 saab kasutada pikaajaliselt töötavate osadena alla 400 kraadi, konstruktsioonimoodulitena, erinevate konteinerite, pumpade, krüogeensete komponentidena, laeva survekindlate kestadena, tanki roomikutena jne. , suurema tugevusega kui Ti-2AL-1,5Mn ja Ti-4AL-1.5Mn. BT3-1 saab kasutada alla 400 kraadi ja seda kasutatakse peamiselt lennukimootorite konstruktsioonimaterjalina. TC9-st saab valmistada detaile, mis töötavad pikka aega alla 560 kraadi ning seda kasutatakse peamiselt õhusõidukite reaktiivmootorite kompressorketaste ja labade jaoks.
Ti-662 saab kasutada osade valmistamiseks, mis töötavad pikka aega alla 450 kraadi, nt lennuki konstruktsiooniosad, telikud, kärgstruktuuriga ühendusdetailid, raketimootori korpused, relvade konstruktsiooniosad jne.
