Kas titaan on superalloy

1.Mis määratleb superralli?

SuperAlloys (nimetatakse ka "kõrgeks - temperatuurisulamid") on tihedalt määratletud metalliliste materjalide klass, mis on valmistatudSpetsiaalselt erakordse mehaanilise jõudluse säilitamiseks äärmise kuumuse ja stressi korral. Nende klassifikatsioon ei ole meelevaldne, vaid on seotud kolme mitte - kaubeldava kriteeriumiga, millele titaan ja selle sulamid ei vasta:

Äärmuslik kõrge - temperatuuri stabiilsus: SuperAlloys peab säilitama tugevuse, libisemiskindluse (resistentsus püsivale deformatsioonile pikka - termini kuumus/stress) ja oksüdeerumise/korrosiooniresistentsus temperatuurilüle 650 kraadi (1200 kraadi F)- ja sageli palju kõrgem (nt 1000–1250 kraadi arenenud klasside jaoks, mida kasutatakse reaktiivmootori turbiini labades). See on nende määrav omadus: need on loodud töötama keskkonnas, kus enamik metalle pehmendab, deformeerub või oksüdeerub kiiresti.

Kompositsioon, mis põhineb niklil, koobaltil või raudsel - nikkelsüsteemid: SuperAlloys ei ole eraldiseisvad elemendid, vaid keerulised sulamid, mis on ehitatud nikli (kõige levinum), koobalti või raudse - nikli ümber "nikrimetalli" ümber. Nad tuginevad legeerivate elementide (nt alumiinium, titaan, volfram, molübdeen, renium) täpsed lisandusedkõrge - temperatuuri tugevdamise faasid-, näiteks '- ni₃ (al, ti) faas niklil - põhineb superlalloys -, mis lukustavad mikrostruktuuri oma kohale ja takistavad kuumusel pehmenemist.

Soojuse - intensiivsed rakendused: SuperAlloys on otstarbeks - ehitatud komponentide jaoks, mis töötavad süsteemide kuumimas osas: reaktiivmootori turbiinterad/põletid, gaasiturbiini kuumad lõigud, raketimootori pistsad ja tuumareaktori südamiku komponendid. Nende väärtus seisneb selles, et need süsteemid võimaldavad usaldusväärselt toimida termilistes tingimustes, mis hävitaksid muud materjalid.

2. titaani omadused: tugevad, kuid mitte "super" kõrgetel temperatuuridel

Titaan on kerge, korrosioon - vastupidav metallielement, millel on väärtuslikud tehnilised atribuudid -, kuid need omadused on optimeeritudMõõdukas - temperatuurikeskkonnad, mitte äärmuslik kuumus, millega superrallosid on mõeldud käsitsemiseks. Titaani (ja selle sulamite) peamised piirangud superrallysiga võrreldes on järgmised:

a. Temperatuuri jõudlus: kõva piir alla superrallide standardid

Kõige kriitilisem lõhe on titaani suutmatus säilitada tugevust temperatuuridel üle ~ 550 kraadi (1020 kraadi F). Isegi selle kõige soojuseik - vastupidavad kaubanduslikud sulamid -, näiteks ti - 6AL - 2Sn-4ZR-2MO ("Lennuki lähiala", mida kasutatakse õhusõidukite mootori kompressorites)-Exhibhib Adration ülalt

Nende saagikuse tugevus ja tõmbetugevus langevad järsult (nt ti - 6al-4V, kõige tavalisem titaansulam, kaotab ~ 40% oma toa-temperatuuri tugevusest 500 kraadi juures).

Roomatakistus muutub ebapiisavaks: 600 kraadi juures, isegi madala stressi korral, deformeeruvad titaansulamid püsivalt aja jooksul - rikete režiimi superalloys on selgesõnaliselt konstrueeritud.

Oksüdatsioonirisk suureneb: üle 600 kraadi moodustab titaan rabeda, mitte - kaitsva oksiidikihi (erinevalt superalloysist, mis moodustavad stabiilse, ise - oksiidi skaalade paranemise 1000 kraadi +).

See temperatuuripiirang tähendab, et titaani ei saa kasutada soojuse - intensiivsetes rakendustes, mis määratlevad superralloy kasutusjuhtumid (nt reaktiivmootori turbiinterad, mis töötavad 1000 kraadi +).

b. Kompositsioon ja tugevdamismehhanismid: Superlallysiga joondamine pole

Titaan on eraldiseisev keemiline element (aatomnumber 22), mitte osa nikli/koobalti/raudse - nikli alussüsteemidesse, mis moodustavad kõigi superrallide aluse. Selle sulamid (nt Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn) tuginevadErinevad tugevdamismehhanismidmis on kõrgetel temperatuuridel ebaefektiivsed:

SuperAlloys kasutabsademete kõvenemine(moodustades pisikesed, stabiilsed või '' faasid, mis blokeerivad nihestusliikumist) jakindel - Lahenduse tugevdamine(Metallist võre "jäigaks" jaoks elementide nagu volframi lisamine) - mõlemad optimeeritud soojuse stabiilsuse tagamiseks.

Titaansulamid seevastu tuginevadfaasi muundamise kõvenemine(ja faaside suhte juhtimine kuumtöötluse kaudu) ja piiratud tahke - lahuse tugevdamine. Need mehhanismid lagunevad kõrgel temperatuuril, kuna / faasid muutuvad ebastabiilseks ja nihestused liiguvad vabalt.

c. Rakendusniššid: kerge vs kõrge - temperatuur

Titaniumi väärtus seisneb erinevas tugevuskomplektis -Kerge jõudlus mõõdukatel temperatuuridel-, mis täiendab, mitte kattub, SuperAlloys:

Titaniumsulamites (nt Ti - 6Al-4V) on tihedus ~ 4,5 g/cm³ (poole terase oma, ~ 60% niklipõhiste superallide oma) ja Exceli rakendustes, kus kaalu säästmine on suurem kui ekstreemse töötlemise, õhusõidukite töötlemise, ja helikopteri rootoritega seotud, mis on seotud. resistentsus hapetes).

SuperAlloys seevastu kasutatakse siis, kui soojustakistus on mitte - kaubeldav -, isegi kui need on raskemad. Näiteks võib reaktiivmootori madal - rõhukompressor (töötab 300–400 kraadi juures) titaani kasutamiseks kaalu kokkuhoiu jaoks, kuid kõrge -} surveturbiin (1000 kraadi +) kasutab nikli - põhinevat SuperAlloy, nagu CMSX {{11} 4 (SINE-CRYPAL).

info-446-444 info-445-443

info-445-443 info-441-444

3. Kas mõni titaansulamid on "SuperAlloy - nagu"?

Isegi kõige arenenumad titaansulamid (nt metallidevahelised titaani alumiiniidid või tiaalsulamid) ei kvalifitseeru superallys. Tial sulamid (nt ti - 48AL-2CR-2NB) võivad töötada pisut kõrgematel temperatuuridel (~ 650–750 kraadi) kui tavalistel titaansulamitel ja neid kasutatakse mõne tänapäevase reaktiivmootorite madala rõhuga turbiini labades (EG, GE9X). Kuid:

Nende maksimaalne temperatuur (750 kraadi) langeb endiselt alla 800 kraadi + läve - taseme superalloys (nt Inconel 718, mis töötab kuni 900 kraadi).

Neil puudub tõeliste superrallide roomata vastupidavus ja oksüdatsiooni stabiilsus: 800 kraadi juures on tial -sulamid kiire hiilimise ajal, samas kui nikkel - põhinevad superlallid, nagu hispaloy, säilitavad tugevust tuhandeid tunde sellel temperatuuril.

Need ei kuulu nikli/koobalti/raudse - niklisüsteemidesse, mis määratlevad SuperAlloys, seetõttu klassifitseeritakse need pigem "täiustatud titaanidevaheliste metallide kui superalloysiks".

Titanium is a high-performance metal with unique advantages (lightweight, corrosion resistance, biocompatibility), but it does not meet the technical criteria for superalloys. Superalloys are defined by their ability to perform at extreme temperatures (>650 kraadi) Nickel/Cobalt/Iron - nikkel - põhinevad kompositsioonid ja spetsialiseeritud tugevdamismehhanismid - võimalused titanium ja selle sulamid lihtsalt ei ole. Kaks materjali pakuvad eristatavaid, mitte - kattuvad rollid: Titaan kergete, mõõdukate - temperatuurirakendused ja soojuse superalloys - intensiivne, kõrge - pingekeskkond.

Kas titaan on superralloy