Titaanisuorituksen takana oleva kristallirakenne

Puhdas titaani käy läpi allotrooppisen muutoksen 882 asteessa (1620 astetta F).

Alle 882 astetta → titaani esiintyy muodossa -Ti (alfatitaani)

Yli 882 astetta → titaani muuttuu -Ti:ksi (beetatitaani)

Tämä vaihemuutos on yksi tärkeimmistä syistä, miksi titaaniseoksia voidaan suunnitella dramaattisesti erilaisille lujuuden, sitkeyden, väsymiskestävyyden ja lämmönkestävyyden yhdistelmille.

Vaihe (alfatitaani): vakaa, korroosionkestävä-, hitsattava

Alfatitaanilla on kuusikulmainen tiiviisti{0}}pakattu (HCP) kiderakenne.

Tärkeimmät edut

Erinomainen korroosionkestävyys

Ylivoimainen hitsattavuus

Erinomainen virumisenkestävyys

Hyvä korkeiden lämpötilojen{0}}vakaus

Erinomainen bioyhteensopivuus

Rajoitukset

Ei voida merkittävästi vahvistaa lämpökäsittelyllä

Kohtalainen lujuus verrattuna edistyneisiin metalliseoksiin

Tyypilliset sovellukset

Kemiallisen käsittelyn laitteet

Meriveden lämmönvaihtimet

Lääketieteelliset laitteet

Suolanpoistojärjestelmät

Yleiset alfalejeeringit

luokan 1 titaani

luokan 2 titaani

Grade 7 Titanium (Pd-parannettu korroosionkestävyys)

Vaihe (beta-titaani): muovattava, lämpökäsiteltävä, erittäin{0}}luja

Beta-titaanilla on runko{0}}keskitetty kuutio (BCC) kiderakenne.

Tärkeimmät edut

Erinomainen kylmämuovattavuus

Syväkarkaistuvuus

lämpökäsittely{0}}vaste

Erittäin korkea lujuuspotentiaali

Alempi kimmomoduuli joihinkin biolääketieteen sovelluksiin

Rajoitukset

Vähemmän lämpöstabiili kuin alfaseokset

Seoslisäysten vuoksi kalliimpi

Tyypilliset sovellukset

Ilmailun kiinnikkeet

Ortodontiset johdot

Laskutelineiden komponentit

Vahvat{0}}jouset

Yleiset beetalejeeringit

Beta C (Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr)

Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al

Ti-5553

Ti-10V-2Fe-3Al

+ Titaaniseokset: molempien maailmojen paras

Yleisimmin käytetyt titaaniseokset sisältävät sekä alfa- että beetafaasia.

Nämä seokset yhdistävät:

Korkea lujuus

Erinomainen väsymiskestävyys

Hyvä hitsattavuus

Erinomainen korroosionkestävyys

Lämpö{0}}käsittelykyky

Suosituin metalliseos: Ti-6Al-4V (luokka 5 / TC4)

Ti-6Al-4V muodostaa suurimman osan maailmanlaajuisesta titaaniseoksen kulutuksesta.

Alumiini (Al) stabiloi faasin

Vanadiini (V) stabiloi faasin

Sovellukset

Lentokoneiden rakenneosat

Turbiinin komponentit

Ortopediset implantit

Laivavarusteet

3D-painetut titaaniosat

Lääketieteellinen versio

Ti-6Al-4V ELI (luokka 23, ASTM F136)

Seoselementit: kuka stabiloi mitä?

Stabilisaattorit

Nämä nostavat alfa{0}}beetamuunnoslämpötilaa-.

Alumiini (Al)

Happi (O)

Typpi (N)

Hiili (C)

Stabilisaattorit

Nämä alentavat muunnoslämpötilaa ja voivat säilyttää beetafaasin huoneenlämpötilassa.

Isomorfiset beta-stabilisaattorit

Vanadiini (V)

Molybdeeni (Mo)

Niobium (Nb)

tantaali (Ta)

Eutektoidiset beta-stabilisaattorit

rauta (Fe)

Kromi (Cr)

Mangaani (Mn)

Neutraaleja elementtejä

Zirkonium (Zr)

Tina (Sn)

Nämä parantavat yleisiä mekaanisia ominaisuuksia muuttamatta voimakkaasti vaihetasapainoa.

Titaaniseosten luokitus

Alfa-seokset

Esimerkkejä: TA1, TA2, luokka 1, luokka 2

Ominaisuudet:

Erinomainen korroosionkestävyys

Erinomainen hitsattavuus

Vakaa mikrorakenne

Alfa{0}}Beta-lejeeringit

Esimerkkejä: TC4, Ti-6Al-4V, Ti-6242

Ominaisuudet:

Tasapainoinen vahvuus ja sitkeys

Lämpökäsitelty

Käytetään laajasti ilmailu- ja lääketieteen aloilla

Beta metalliseokset

Esimerkkejä: TB5, Ti-5553, Beta C

Ominaisuudet:

Ultra-lujuus

Erinomainen kylmämuovattavuus

Kehittyneet ilmailusovellukset

Miksi alfa- ja beetavaiheilla on merkitystä 3D-tulostuksessa

Laserjauhepetifuusiossa (LPBF) ja elektronisuihkusulatuksessa (EBM) jäähdytysnopeudet vaikuttavat voimakkaasti alfa{0}}beetafaasin evoluutioon.

Valmistajat käyttävät:

Ratkaisuhoito ja ikääntyminen

Kuumaisostaattinen puristus (HIP)

Stressiä lievittävä hehkutus

hallita:

Martensiittinen muunnos

Väsymys suorituskyky

Jäljellä oleva stressi

Mikrorakenteen yhtenäisyys

Tämä on erittäin tärkeää ilmailu--sertifioidulle ja implanttitason-lisäainevalmistukselle.

Miksi niillä on merkitystä lääketieteellisissä implanteissa

Nykyaikaiset implanttien suunnittelijat käyttävät yhä enemmän beeta-titaaniseoksia, koska ne tarjoavat:

Alempi kimmomoduuli

Vähentynyt stressisuojaus

Parannettu osseointegraatio

MRI-yhteensopivuus

Erinomainen bioyhteensopivuus

Suosittuja biolääketieteellisiä seoksia ovat:

Ti-6Al-4V ELI

Ti-13Nb-13Zr

Ti-24Nb-4Zr-8Sn

Miksi niillä on merkitystä ilmailussa

Ilmailu- ja avaruusinsinöörit räätälöivät vaihetasapainon optimoidakseen:

Erityinen vahvuus

Väsymyksen kestävyys

Murtuman sitkeys

Rypymisen vastustuskyky

Vahinkojen sietokyky

Esimerkkejä:

Ti-6Al-4V lentokoneen rungoille

Ti-6242 kompressorikomponenteille

Ti-17 ja Ti-5553 laskutelineisiin ja rakenteellisiin takomoihin

Yksinkertainen yhteenveto

Alfa ja beeta ovat kiderakenteita, eivät erillisiä metalleja.

882 astetta on faasimuunnoslämpötila puhtaalle titaanille.

Alfa-faasi tarjoaa vakauden, korroosionkestävyyden ja hitsattavuuden.

Beetavaihe tarjoaa muovattavuuden ja lämpökäsiteltävän-ultra{1}}lujuuden.

Alfa{0}}beeta-lejeeringit, kuten Ti-6Al-4V, tarjoavat parhaan yleisen suorituskyvyn.

Vaiheensäätö on titaaniseossuunnittelun perusta ilmailu-, lääketieteellinen-, meri- ja lisäainevalmistuksessa.