A titánötvözet a titánból és más fémekből készült különféle ötvözött fémekre utal. A titán fontos szerkezeti fém, amelyet az 1950-es években fejlesztettek ki. A titánötvözet nagy szilárdsággal, jó korrózióállósággal és magas hőállósággal rendelkezik. Az 1950-es és 1960-as években a fő hangsúly a magas hőmérsékletű titánötvözetek fejlesztésére irányult a repülőgép-hajtóművekhez és a szerkezeti titánötvözetek a törzsekhez.
Az 1970-es években korrózióálló titánötvözeteket fejlesztettek ki. Az 1980-as évek óta a korrózióálló titánötvözetek és a nagy szilárdságú titánötvözetek továbbfejlesztésre kerültek. A titánötvözeteket főként repülőgépmotor-kompresszor-alkatrészek készítésére használják, ezt követik a rakéták, rakéták és a nagysebességű repülőgépek szerkezeti alkatrészei.
A titán fontos szerkezeti fém, amelyet az 1950-es években fejlesztettek ki. A titánötvözeteket széles körben használják különféle területeken nagy szilárdságuk, jó korrózióállóságuk és magas hőállóságuk miatt. A világ számos országa felismerte a titánötvözet anyagok fontosságát, és sorra kutattak és fejlesztettek rajtuk, és gyakorlati alkalmazásokat is elértek.
Az első praktikus titánötvözet az Egyesült Államokban 1954-ben sikeresen kifejlesztett Ti-6Al-4V ötvözet volt. Jó hőállósága, szilárdsága, plaszticitása, szívóssága, alakíthatósága, hegeszthetősége, korrózióállósága, ill. biokompatibilitás, a titánötvözet-ipar ász-ötvözetévé vált. Ennek az ötvözetnek a használata az összes titánötvözet 75-85%-át tette ki. Sok más titánötvözet a Ti-6Al-4V ötvözet módosításának tekinthető.
Az 1950-es és 1960-as években a repülőgépmotorok magas hőmérsékletű titánötvözeteinek és a törzsekhez való szerkezeti titánötvözetek fejlesztése volt a fő hangsúly. Az 1970-es években számos korrózióálló titánötvözetet fejlesztettek ki. Az 1980-as évek óta a korrózióálló titánötvözetek és a nagy szilárdságú titánötvözetek továbbfejlesztésre kerültek. A hőálló titánötvözetek használati hőmérséklete az 1950-es évek 400 fokáról az 1990-es évekre 600-650 fokra nőtt. Az A2 (Ti3Al) és r (TiAl) alapú ötvözetek megjelenése a titán felhasználását a motorban a motor hideg végétől (ventilátor és kompresszor) a motor meleg végéhez (turbina) kényszerítette. A szerkezeti titánötvözetek a nagy szilárdság, nagy plaszticitás, nagy szilárdság és szívósság, nagy modulus és nagy sérüléstűrés irányába fejlődnek.
Emellett az 1970-es évek óta olyan alakmemóriás ötvözetek is megjelentek, mint a Ti-Ni, Ti-Ni-Fe és a Ti-Ni-Nb, és egyre szélesebb körben alkalmazzák a mérnöki iparban.
A világon több száz titánötvözetet fejlesztettek ki, és a leghíresebb ötvözetek a 20-30, mint például a Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2. 5Sn, Ti-2Al-2.5Zr, Ti-32Mo, Ti-Mo-Ni, Ti-Pd, SP-700, Ti-6242, Ti -10-5-3, Ti-1023, BT9, BT20, IMI829, IMI834 stb. [2,4].
A vonatkozó statisztikák szerint a hazám vegyiparában felhasznált titán mennyisége 2012-ben elérte a 25,{1}} tonnát, ami 2011-hez képest csökkenést jelent. Ez az első alkalom, hogy hazám vegyipari titánpiaca negatív növekedést tapasztal azóta. 2009. Az elmúlt években a vegyipar volt a titánfeldolgozó anyagok legnagyobb felhasználója, felhasználása mindig is a teljes titán felhasználás több mint 50%-át tette ki, 2011-ben pedig már az 55%-át. Mivel azonban a gazdaság visszaesésbe süllyedt, a vegyiparban nemcsak az új projektek számának jelentős visszaesése tapasztalható, hanem az ipari szerkezetváltással is szembe kell nézni, egyes termékek új gyártókapacitását ellenőrzik, az elavult gyártási kapacitást pedig fokozatosan felszámolják. Ennek hatására magától értetődővé vált a titán feldolgozó anyagok felhasználásának visszaszorulása. Ezt megelőzően az iparági bennfentesek azt jósolták, hogy a titán vegyipari felhasználása 2013 és 2015 között éri el a csúcsot. A jelenlegi piaci teljesítményből ítélve a 2012-es általános gazdasági gyengeség előrehozhatja a titán felhasználásának visszaesését a vegyiparban.
A titán egy új típusú fém. A titán teljesítménye a szennyeződések, például szén, nitrogén, hidrogén és oxigén tartalmától függ. A legtisztább titán-jodid szennyezőanyag-tartalma nem haladja meg a 0,1%-ot, de alacsony szilárdságú és nagy plaszticitású. A 99,5%-os ipari tisztaságú titán tulajdonságai: sűrűség ρ=4,5g/cm3, olvadáspont 1725 fok, hővezető képesség λ=15.24W/(mK), szakítószilárdság σb=539 MPa, nyúlás δ=25%, keresztmetszeti zsugorodás ψ=25%, rugalmassági modulus E=1,078×105MPa, keménység HB195.
Nagy szilárdság: A titánötvözet sűrűsége általában 4,51 g/cm3 körül van, ami az acélnak csak 60%-a. Egyes nagy szilárdságú titánötvözetek meghaladják sok ötvözött szerkezeti acél szilárdságát. Ezért a titánötvözet fajlagos szilárdsága (szilárdsága/sűrűsége) sokkal nagyobb, mint más fémszerkezeti anyagoké, és nagy egységszilárdságú, jó merevségű és könnyű alkatrészeket lehet előállítani. A repülőgép-hajtóművek alkatrészei, csontvázai, héjai, rögzítőelemei és futóművei mind titánötvözetet használnak.
Magas hőszilárdság
Az üzemi hőmérséklet több száz fokkal magasabb, mint az alumíniumötvözeté. Közepes hőmérsékleten is képes fenntartani a szükséges szilárdságot, és 450-500 fokon hosszú ideig működik. Ennek a két titánötvözettípusnak még mindig nagy a fajlagos szilárdsága a 150 fokos -500 fokos tartományban, míg az alumíniumötvözet fajlagos szilárdsága jelentősen csökken 150 fokban. A titánötvözet üzemi hőmérséklete elérheti az 500 fokot, míg az alumíniumötvözeté a 200 fokot.
Jó korrózióállóság
A titánötvözet nedves légkörben és tengervíz közegben működik, és korrózióállósága sokkal jobb, mint a rozsdamentes acélé; különösen erősen ellenáll a lyukkorróziónak, a savas korróziónak és a feszültségkorróziónak; kiváló korrózióállósággal rendelkezik lúgokkal, kloriddal, klórtartalmú szerves anyagokkal, salétromsavval, kénsavval stb. szemben. A titánnak azonban gyenge a korrózióállósága a redukáló oxigénnel és krómsóval szemben.
Jó teljesítmény alacsony hőmérsékleten
A titánötvözet alacsony és ultraalacsony hőmérsékleten is megőrzi mechanikai tulajdonságait. A jó alacsony hőmérsékleti teljesítménnyel és rendkívül alacsony intersticiális elemekkel rendelkező titánötvözetek, mint például a TA7, -253 fokon is megtartanak bizonyos plaszticitást. Ezért a titánötvözet is fontos alacsony hőmérsékletű szerkezeti anyag.
Magas kémiai aktivitás
A titán nagy kémiai aktivitású, és erősen reagál a légkörben lévő O2, N2, H2, CO, CO2, vízgőz, ammónia stb. Ha a széntartalom nagyobb, mint 0,2%, kemény TiC képződik a titánötvözetben; magas hőmérsékleten a nitrogénnel reagálva kemény TiN felületi réteget is képez; 600 fok felett a titán elnyeli az oxigént, és nagy keménységű megkeményedett réteget képez; amikor a hidrogéntartalom megemelkedik, rideg réteg is képződik. A gáz elnyelésével keletkező kemény és rideg felületi réteg mélysége elérheti a 0.1-0,15 mm-t, a keményedés mértéke pedig 20%-30%. A titánnak nagy a kémiai affinitása is, és hajlamos a súrlódó felülethez tapadni.
Alacsony hővezető képességű rugalmasság
A titán hővezető képessége λ=15.24W/(m·K), ami a nikkelnek körülbelül 1/4-e, a vasnak 1/5-e és az alumíniumnak 1/14-e, míg a különböző titánok hővezető képessége ötvözetek körülbelül 50%-kal alacsonyabb, mint a titáné. A titánötvözet rugalmassági modulusa körülbelül 1/2-e az acélénak, ezért gyenge a merevsége és könnyen deformálható. Nem alkalmas karcsú rudak és vékony falú alkatrészek készítésére. A megmunkált felület vágás közbeni visszapattanása nagyon nagy, körülbelül 2-3-szorosa a rozsdamentes acélénak, ami súlyos súrlódást, tapadást és kötési kopást okoz a szerszám hátoldalán.
A titánötvözet nagy szilárdságú és alacsony sűrűségű, jó mechanikai tulajdonságokkal, valamint jó szívóssággal és korrózióállósággal rendelkezik. Ezenkívül a titánötvözet gyenge folyamatteljesítményű és nehezen vágható. A forró feldolgozás során nagyon könnyen felszívódik a szennyeződések, például hidrogén, oxigén, nitrogén és szén. Gyenge kopásállósága és összetett gyártási folyamatai is vannak. A titán ipari termelése 1948-ban kezdődött. A légiközlekedési ipar fejlesztési igényei a titánipar fejlődéséhez vezettek, átlagosan évi 8%-os növekedési ütem mellett. A titánötvözet-feldolgozási anyagok éves termelése a világon elérte a 40,000 tonnát, és közel 30 titánötvözet-minőség létezik. A legszélesebb körben használt titánötvözetek a Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) és az ipari tiszta titán (TA1, TA2 és TA3).
A titánötvözeteket főként repülőgépmotor-kompresszor-alkatrészek készítésére használják, ezt követik a rakéták, rakéták és a nagysebességű repülőgépek szerkezeti alkatrészei. A -1960s évek közepén a titánt és ötvözeteit az általános iparban használták elektrolízisipar elektródák, erőművek kondenzátorai, olajfinomítási és tengervíz-sótalanító fűtőberendezések, valamint környezetszennyezés-ellenőrző berendezések készítésére. A titán és ötvözetei korrózióálló szerkezeti anyaggá váltak. Ezen kívül hidrogéntároló anyagok előállítására és memóriaötvözetek alakítására is használják őket.
Kína 1956-ban kezdte meg a titán és titánötvözetek kutatását; a -1960s évek közepén megkezdődött a titán anyagok ipari gyártása és kifejlesztették a TB2 ötvözeteket.
A titánötvözet egy új fontos szerkezeti anyag, amelyet a repülőgépiparban használnak. Fajsúlya, szilárdsága és üzemi hőmérséklete alumínium és acél között van, de erősebb, mint az alumínium és az acél, kiváló tengervíz-korrózióállósággal és ultraalacsony hőmérsékleti teljesítménnyel rendelkezik. 1950-ben az Egyesült Államokban először az F-84 vadászbombázókon használták nem teherhordó alkatrészekként, mint például a törzs hátsó hőpajzsa, a szélvezető burkolatok és a farokburkolatok. Az 1960-as évek óta a titánötvözetek használata a hátsó törzsből a középső törzsbe költözött, és részben felváltotta a szerkezeti acélt a fontos teherhordó alkatrészek, például válaszfalak, gerendák és szárnysínek gyártásához. A katonai repülőgépekben a titánötvözetek használata gyorsan megnövekedett, elérte a repülőgép szerkezetének 20-25%-át. Az 1970-es évek óta a polgári repülőgépek nagy mennyiségben kezdték el használni a titánötvözeteket. Például a Boeing 747-es utasszállító repülőgép több mint 3640 kilogramm titánt használ fel. A 2,5-nél nagyobb Mach-számú repülőgépek titánt használnak főként az acél helyettesítésére, hogy csökkentsék a szerkezeti súlyt. Például a US SR-71 nagy magasságú és nagysebességű felderítő repülőgépe (3 Mach-szám, repülési magasság 26 212 méter), a titán a repülőgép szerkezetének 93%-át teszi ki. -titán" repülőgépek. Ha egy repülőgép-hajtómű tolóerő-tömeg aránya 4-6-ról 8-10-ra, és a kompresszor kimeneti hőmérséklete 200-300 fokról 500-600 fokra nő, az alacsony az eredetileg alumíniumból készült nyomáskompresszor tárcsákat és lapátokat titánötvözetekre kell cserélni, vagy rozsdamentes acél helyett titánötvözetet kell használni a nagynyomású kompresszor tárcsák és lapátok készítéséhez a szerkezet súlyának csökkentése érdekében. Az 1970-es években a repülőgép-hajtóművekben használt titánötvözet mennyisége általában a szerkezet össztömegének 20-30%-át tette ki, és főként kompresszoralkatrészek, például kovácsolt titán ventilátorok, kompresszortárcsák és -lapátok, öntött gyártására használták. titán kompresszorházak, közbenső házak, csapágyházak stb. Az űrhajók elsősorban a titánötvözetek nagy fajlagos szilárdságát, korrózióállóságát és alacsony hőmérsékleti ellenállását használják különféle nyomástartó edények, üzemanyagtartályok, rögzítőelemek, műszerszíjak, keretek és rakétaházak gyártásához. A mesterséges földműholdak, a holdmodulok, az emberes űrhajók és az űrsiklók is titánötvözetből készült lemezhegesztett alkatrészeket használnak.
A titánötvözet vágása, fúrása és menetfúrása különösen magas követelményeket támaszt a vágószerszámokkal, furatfeldolgozó fúrókkal és menetfúró menetfúrókkal szemben: Ha a titánötvözet keménysége nagyobb, mint a HB350, a vágás különösen nehéz. Ha kisebb, mint HB300, könnyen tapad a szerszámhoz, és nehéz vágni is. A titánötvözet keménysége azonban csak az egyik aspektusa a vágás nehézségeinek. A kulcs a titánötvözet kémiai, fizikai és mechanikai tulajdonságainak a forgácsolhatóságára gyakorolt átfogó hatásában rejlik. A titánötvözet a következő vágási tulajdonságokkal rendelkezik:
(1) Kis alakváltozási együttható: Ez a titánötvözet vágásának jelentős jellemzője. Az alakváltozási együttható kisebb vagy közel 1. A forgács csúszósúrlódási távolsága az elülső vágóélen jelentősen megnő, ami felgyorsítja a szerszám kopását.
(2) Magas vágási hőmérséklet: Mivel a titánötvözet hővezető képessége nagyon kicsi (csak a 45-ös acél 1/5-1/7-ének felel meg), a forgács és az elülső vágóél közötti érintkezési hossz rendkívül rövid. A vágás során keletkező hőt nem könnyű továbbítani, és kis tartományban koncentrálódik a vágási terület és a vágóél közelében. A vágási hőmérséklet nagyon magas. Ugyanazon vágási feltételek mellett a vágási hőmérséklet több mint kétszerese lehet a 45-ös acél vágásának.
(3) Nagy vágóerő egységnyi területen: A fő vágóerő körülbelül 20%-kal kisebb, mint az acél vágásakor. Mivel a forgács és az elülső vágóél közötti érintkezési hossz rendkívül rövid, az egységnyi érintkezési felületre jutó vágási erő jelentősen megnő, ami könnyen forgácsolást okozhat. Ugyanakkor a titánötvözet kis rugalmassági modulusa miatt a feldolgozás során könnyű hajlítási deformációt előidézni radiális erő hatására, ami vibrációt okoz, növeli a szerszámkopást és befolyásolja az alkatrészek pontosságát. Ezért a folyamatrendszernek jó merevséggel kell rendelkeznie.
(4) Súlyos hideg keményedési jelenség: A titán magas kémiai aktivitása miatt könnyen felszívja az oxigént és a nitrogént a levegőben, így kemény és törékeny külső héjat képez magas vágási hőmérsékleten; ugyanakkor a vágás közbeni képlékeny deformáció felületi keményedést is okoz. A hidegedzés jelensége nemcsak az alkatrészek fáradási szilárdságát csökkenti, hanem a szerszámkopást is súlyosbítja. Nagyon fontos jellemzője a titánötvözet vágásakor.
(5) A szerszám könnyen viselhető: A nyersdarab bélyegzéssel, kovácsolással, meleghengerléssel és más módszerekkel történő megmunkálása után kemény és törékeny, egyenetlen külső héj képződik, amely nagyon könnyen okoz csorbát, így eltávolítható a kemény bőr a titánötvözet feldolgozás legnehezebb folyamata. Ezen túlmenően, a titánötvözet erős kémiai affinitása miatt a szerszámanyagokkal, magas forgácsolási hőmérséklet és területegységenkénti nagy forgácsolóerő mellett a szerszám hajlamos a ragasztókopásra. Titánötvözet esztergálásakor az elülső vágóél kopása néha még komolyabb, mint a hátsó vágóélé; amikor az előtolás f<0.1 mm/r, the wear mainly occurs on the back cutting edge; when f>{{0}},2 mm/r, az elülső vágóél elkopik; finomesztergáláshoz és félsimításhoz keményfém szerszámok használatakor a hátsó vágóél kopása megfelelőbb, ha a VBmax kisebb, mint 0,4 mm.
Marásnál a titánötvözet anyagok alacsony hővezető képessége, valamint a forgács és az elülső forgácsolóél közötti rendkívül rövid érintkezési hossz miatt a forgácsolás során keletkező hőt nem könnyű továbbítani, és kis tartományban koncentrálódik a forgácsolás közelében. deformációs zóna és a vágóél. A feldolgozás során a vágóél rendkívül magas vágási hőmérsékletet generál, ami nagymértékben lerövidíti a szerszám élettartamát. A Ti6Al4V titánötvözet esetében a szerszám szilárdsága és a szerszámgép teljesítménye által megengedett feltételek mellett a forgácsolási hőmérséklet a kulcsfontosságú tényező, amely befolyásolja a szerszám élettartamát, nem pedig a forgácsolóerő mérete.
Szerszám anyagok
A titánötvözetek vágását a vágási hőmérséklet csökkentésével és a tapadás csökkentésével kell kezdeni. Jó vörös keménységű, nagy hajlítószilárdságú, jó hővezető képességű és a titánötvözetekhez való rossz affinitású szerszámanyagokat kell választani. Az YG cementált karbid alkalmasabb. Mivel a gyorsacél gyenge hőállósággal rendelkezik, lehetőleg keményfémből készült szerszámokat kell használni. Az általánosan használt cementált keményfém szerszámanyagok közé tartozik az YG8, YG3, YG6X, YG6A, 813, 643, YS2T és YD15.
A bevonatos pengék és az YT-típusú cementált karbidok erős affinitást mutatnak a titánötvözetekkel, ami súlyosbítja a szerszám kötési kopását, és nem alkalmasak titánötvözetek vágására; összetett, többélű szerszámokhoz, nagy vanádium tartalmú gyorsacélhoz (például W12Cr4V4Mo), nagy kobalt gyorsacélhoz (például W2Mo9Cr4VCo8) vagy alumínium gyorsacélhoz (például W6Mo5Cr4V2Al, M10Mo4Cr4V3Al) és egyéb szerszámanyagokhoz kiválaszthatók, amelyek alkalmasak fúrók, dörzsárak, szármarók, üregek, menetfúrók és egyéb titánötvözetek vágására szolgáló szerszámok készítésére.
A gyémánt és köbös bór-nitrid titánötvözetek forgácsolására szolgáló eszközként való felhasználása jelentős eredményeket érhet el. Például természetes gyémántszerszámokkal emulziós hűtési körülmények között a vágási sebesség elérheti a 200 m/perc értéket; ha nem használunk vágófolyadékot, a megengedett vágási sebesség csak 100 m/perc, azonos kopás mellett.
Óvintézkedések
A titánötvözet vágási folyamata során a következő szempontokat kell figyelembe venni:
(1) A titánötvözet kis rugalmassági modulusa miatt a munkadarab befogási deformációja és feszültség-deformációja a feldolgozás során nagy, ami csökkenti a munkadarab feldolgozási pontosságát; a szorítóerő ne legyen túl nagy a munkadarab beszerelésekor, és szükség esetén kiegészítő támaszték is hozzáadható.
(2) Ha hidrogéntartalmú vágófolyadékot használnak, az lebomlik, és a vágási folyamat során magas hőmérsékleten hidrogént bocsát ki, amelyet a titán elnyel, és hidrogén ridegséget okoz; a titánötvözet magas hőmérsékletű feszültségkorróziós repedését is okozhatja.
(3) A vágófolyadékban lévő kloridok a használat során mérgező gázokat is lebonthatnak vagy elpárologtathatnak. Használata során biztonsági óvintézkedéseket kell tenni, ellenkező esetben nem szabad használni; vágás után az alkatrészeket időben alaposan meg kell tisztítani klórmentes tisztítószerrel, hogy eltávolítsák a klórtartalmú maradványokat.
(4) Tilos ólom vagy cink alapú ötvözetből készült szerszámot és rögzítőelemet titánötvözetekkel érintkezni. A réz, ón, kadmium és ezek ötvözete szintén tilos.
(5) A titánötvözetekkel érintkező összes szerszámnak, rögzítőelemnek vagy egyéb eszköznek tisztának kell lennie; a megtisztított titánötvözet alkatrészeket meg kell akadályozni, hogy zsírral vagy ujjlenyomatokkal szennyeződjenek, ellenkező esetben a só (nátrium-klorid) feszültségkorrózióját okozhatják a jövőben.
(6) Normál körülmények között nem áll fenn a gyulladás veszélye a titánötvözetek vágásakor. Csak kis mennyiségű titánötvözetek vágásakor a vágás
Csak a gép alatt lévő finom forgácsok gyulladhatnak meg és éghetnek meg. A tűz elkerülése érdekében a nagy mennyiségű vágófolyadék kiöntése mellett meg kell akadályozni a forgácsok felhalmozódását a szerszámgépen, a szerszámot azonnal ki kell cserélni, miután eltompult, vagy csökkenteni kell a vágási sebességet és növelni kell az előtolást. sebességet a forgácsvastagság növelésére. Ha tűz keletkezik, az oltáshoz talkumot, mészkőport, száraz homokot és egyéb tűzoltó eszközöket kell használni. Szigorúan tilos szén-tetrakloridos és széndioxidos tűzoltó készülékeket használni, vizet önteni sem szabad, mert a víz felgyorsíthatja az égést, sőt hidrogénrobbanást is okozhat.
