1. üle kaevu - tuntud kõrge tugevusega - kuni - kaalusuhtest, millised on muud põhilised omadused, mis muudavad titaanisulami kriitiliseks materjaliks lennundus- ja meditsiinitööstuses?
Kui tugevus - kuni - kaalude suhe on ülitähtis, on mitmed muud titaanisulamite sisemised omadused võrdselt kriitilised nende kõrge - jõudlussektorite jaoks:
Erakordne korrosioonikindlus: titaan moodustab loomulikult tiheda, kleepuva ja stabiilse oksiidikihi (Tio₂), mis reformib kahjustuse korral koheselt. See muudab titaanvardad väga vastupidavaks paljude keskkondade, sealhulgas soolase vee, kehavedelike, kloriidide ja paljude kemikaalide suhtes, mis ületavad konkreetses söötmes palju alumiiniumi ja roostevabast terast.
Biosobivus: see on meditsiiniliste implantaatide võti. Titaan on mitte - toksiline ja inimkeha ei lükata seda tagasi. Selle osseointegratsiooni võime - Luu võime kasvada titaanpinnaks ja kleepuda selle külge - muudab selle ideaalseks materjaliks ortopeediliste ribade jaoks, mida kasutatakse suinavarrastes, puusavarsides ja luukruvides.
Väsimus jõudlus: titaanisulamitel on suurepärane väsimustugevus, mis tähendab, et need taluvad enne rikkeid suure arvu tsükliliste laadimistsüklite arvu. See on hädavajalik reaktiivmootorite (nt kompressori kettad) ja rõhutsüklitega töötavate õhusõidukite komponentide pöörlemise jaoks hädavajalik.
Elastsuse moodul: Titaniumi moodul on umbes pool terasest, mis tähendab, et see on paindlikum. See kontrollitud paindlikkus on kasulik sellistes rakendustes nagu ortopeedilised implantaadid, kus luude mooduli lähedasem vaste võib aidata vähendada stressi varjestust.
2. Klass Ti-6Al-4V (5. aste) ja kaubanduslikult puhas titaan (nt 2. aste) on kõige tavalisemad. Millal täpsustaks insener CP titaani riba tugevama Ti-6AL-4V sulami kohal?
Valik CP titaani ja ti - 6Al-4V vahel on klassikaline kompromiss tugevuse, moodustatavuse ja korrosioonikindluse vahel.
Täpsustage CP Titanium (1. klass - 4), kui on vaja kõige kõrgemat vormitavuse, elastsuse ja korrosioonikindluse taset ning äärmine mehaaniline tugevus pole peamine juht. CP titaani on lihtsam külmavormida, painutada ja keevitada. See on täpsustatud keemiliste töötlemisseadmete (nt soojusvaheti kestad, torustik), merekomponentide ja meditsiiniliste implantaatide jaoks, kus on vaja maksimaalset paindlikkust ja biosobivust ilma sulami kõrgema tugevuseta (nt kraniaalplaadid).
Täpsustage ti - 6AL - 4V (5. klass), kui kõrge tugevus, väsimuskindlus ja temperatuuri kõrgendatud jõudlus (kuni ~ 400 kraadi / 750 kraadi F) on kriitilised. See on lennunduse konstruktsioonikomponentide (maandumisvarustuse talad, mootori alused), turbiinimootori komponentide ja kõrge stressiga meditsiiniliste implantaatide, näiteks reieluu-varred ja ortopeedilised traumaseadmed, tööhobune. Kompromiss on see, et see on vähem kõrgtugev ja keerulisem moodustada ja masinaid kui CP titaan.
3. Millised on titaansulamiribadega seotud peamised töötlemisprobleemid ja milliseid strateegiaid nende ületamiseks kasutatakse?
Titaani töötlemine on oma materiaalsete omaduste tõttu kurikuulsalt keeruline:
Madal soojusjuhtivus: lõikamise ajal tekitatud kuumus ei hajuta laastudesse ega toorikusse; Selle asemel keskendub see lõiketööriista servale, põhjustades tööriistade kiiret kulumist ja rikkeid.
Kõrge keemiline reaktsioonivõime: töötlemise ajal tekkinud kõrgetel temperatuuridel reageerib titaan tööriistamaterjalidega (nagu karbiid), põhjustades tööriista lagundavat sapi, adhesiooni ja difusiooni kulumist.
Töö kõvenemine: titaan võib töötada - raiumise ajal kõveneda, muutes hilisemad läbimise veelgi keerukamaks ja põhjustades halva pinna viimistluse, kui seda ei hallata.
Nende väljakutsete ületamiseks strateegiad hõlmavad järgmist:
Teravad tööriistad: kasutades teravat, positiivset - reha - nurga tööriistu spetsiaalse kattega (nt tialn) hõõrdumise ja kuumuse vähendamiseks.
Madal kiirus, suur söödakiirus: soojuse genereerimise haldamiseks madalama lõikekiiruse kasutamine, kuid kasutades tööriista tööriista ees kõrgemat söödakiirust, kasutades tööriista - karastatud tsooni.
Kõrge - rõhu jahutusvedelik: kõrge - rõhu jahutusvedeliku kasutamine, mis on täpselt suunatud lõikeliidesele, on ülioluline. See eemaldab soojuse, määrib lõigu ja peseb laastud ära, et vältida Re - lõikamist.
Jäigad seadistused: titaani vedrude ja vestluse vältimiseks tööpinkide, tooriku ja kinnitusdetailide äärmise jäikuse tagamine ja vestluse vältimine.
4. Kuidas mõjutab titaansulamiriba mikrostruktuur (nt alfa, beeta, alfa - beeta) selle mehaanilisi omadusi ja rakenduse valikut?
Legeerivad elemendid ja sellest tulenev mikrostruktuur määratlevad titaanisulami võimalused. Kolm peamist klassi on:
Alpha sulamid (nt CP Ti, ti - 5Al - 2.5Sn): need on mitte - kuumutatavad ja tugevdatakse peamiselt tahke lahustumise tugevdamise kaudu. Neil on suurepärane keevitatavus, hiilivate vastupidavus kõrgendatud temperatuuril ja hea korrosioonikindlus. Neid kasutatakse tavaliselt keemilises töötlemisel ja krüogeensetes rakendustes.
Alfa - beetasulamid (nt Ti-6Al-4V): see on kõige tavalisem klass. Neid saab tugevdada kuumtöötlusega (lahus töötledes ja vananedes), mis sadestab peeneid alfaosakesi muundatud beetamaatriksis. See pakub suurepärast tugevust, elastsust ja väsimustugevust. Need on enamiku kosmose- ja meditsiiniliste rakenduste vaikimisi valik.
Beetasulamid (nt ti - 10v - 2fe-3al, ti-15v-3cr-3Sn-3Al): need on rikkad beeta stabilisaatorites (nt, v, mo, cr). Need pakuvad väga suurt tugevust (klassidest kõrgeimat), suurepärast kõvendavust paksudes sektsioonides ja paremat vormitavust lahuse töödeldud tingimustes. Kuid neil võib olla madalam elastsus ja need on tihedamad. Neid kasutatakse ülitugevates kosmosekomponentides nagu maandumisvarustus ja vedrud.
5. Milline on lisaainete tootmise kontekstis traditsiooniliselt toodetud titaansulamibatoonide roll?
Vaatamata AM (või 3D -printimise) kasvule keerukate titaaniosade tootmiseks on traditsioonilised sepistatud titaanvardad hädavajalikud ja sageli täiendavad:
AM -i lähteaine: paljud metalli AM -protsessid, eriti suunatud energia ladestumine (DED), kasutavad oma lähteainena titaanisulami vardavarusid. Riba juhitakse masinasse kui juhtmena, mida tuleb sulatada energiaallikaga (laser/elektronkiire).
Kangid sepistamiseks: kriitilised kosmosekomponendid sepistatakse sageli suurtest titaanvarrastest (kangidest), et saavutada paremad mehaanilised atribuudid - konkreetselt peene, ühtlase teraga struktuur ja suunatugevus {-, mida on keeruline järjekindlalt AM -ga korduda. AM -i osad vajavad sarnase tiheduse saavutamiseks sageli kuuma isostaatilist pressimise (puusa) etappi.
Toodete valmistamine: paljude rakenduste jaoks on see ökonoomsem, kiirem ja pakub paremaid omadusi tahkest ribast komponendi lihtsalt masinaga, eriti lihtsamate geomeetriate jaoks, kõrge - mahutootmine või kui soovitakse tehtud riba anisotroopseid omadusi.
Hübriidne tootmine: tavaline lähenemisviis on kasutada AM -i lähedase - net - kuju eelvormi ehitamiseks, mis seejärel on viimistletud -, mis on töödeldud määratletud tugistruktuurist. Selle töötlemise kinnitus- ja tööriistad on sageli valmistatud kõrgest - tugevuse titaanvarda varudest.
