Како различити елементи утичу на титанијум?

Чисти титанијум има добру пластичност, али ниску чврстоћу и слабу отпорност на топлоту, не испуњава високе{0}}захтеве за ваздухопловство, медицинску негу, поморско инжењерство и друге области. Додавањем различитих легирајућих елемената, микроструктура и својства титанијума могу се прецизно регулисати како би се формирале легуре титанијума са врхунским перформансама.

 

Кључ залегуре титанијумалежи у коришћењу алотропске трансформације титанијума на 882 степена. Помоћу три типа легирајућих елемената- -стабилизујућих елемената, -стабилизујућих елемената и неутралних елемената-пропорција и фаза се прилагођава да би се прилагодила својства као што су чврстоћа, отпорност на топлоту и жилавост, чиме се испуњавају строги захтеви за сервисирање у различитим областима.

 

 

 

-стабилизујући елементи углавном функционишу за подизање -трансусне температуре титанијума и ширење -фазног региона, омогућавајући легури да одржи стабилну структуру на собним и високим температурама, чиме се побољшава-чврстоћа на високим температурама, отпорност на корозију и заварљивост.

 

Алуминијум је најкритичнији -стабилизујући елемент и налази се у скоро свим легурама титанијума, познатим као „учвршћивач језгра“. Повећава снагу кроз ојачавање чврстим раствором и постиже лагани дизајн због своје мале густине (2,7 г/цм³). Међутим, садржај алуминијума који прелази 7 теж.% има тенденцију да формира ломљиву Ти₃Ал фазу и смањи пластичност, тако да се генерално контролише на 5%–6%.

 

Бор, кисеоник и азот такође припадају -стабилизујућим елементима. Бор је као "витамин". Количина у траговима може оплеменити зрна и побољшати прерадљивост. Кисеоник и азот могу ојачати титанијум, али драстично смањују његову пластичност, чинећи их нечистоћама које захтевају строгу контролу. Контрола садржаја водоника је неопходна током топљења да би се спречило кртост водоника.

 

 

За разлику од -стабилизујућих елемената, -стабилизујући елементи снижавају -трансус температуру и проширују -фазни регион, омогућавајући легури да задржи стабилну фазу након гашења. Они значајно побољшавају чврстоћу кроз третман раствора и старење док обезбеђују пластичност, жилавост и могућност обраде. Они су подељени у две категорије: изоморфни и еутектоидни -стабилизујући елементи.

 

Изоморфни -елементи за стабилизацију

Молибден има изванредан ефекат јачања, побољшава чврстоћу у просторији/високу{0}}температуру, отврдњавање и термичку стабилност и широко се користи у -легурама титанијума на високим температурама.

 

Ванадијум формира Ти6Ал4В са титанијумом и алуминијумом, што чини више од 50% тржишта легура титанијума. Ова легура има високу чврстоћу, отпорност на корозију и заварљивост, а примењује се у ваздухопловству, бродоградњи и другим областима.

 

Ниобијум има благи ефекат јачања и значајно побољшава пластичност и жилавост, што га чини уобичајеним избором за медицинске легуре титанијума.

Тантал има слаб ефекат јачања и велику густину, побољшава отпорност на оксидацију и корозију и користи се само у малим количинама у високо{0}}легурама.

 

Еутектоидни -Елементи за стабилизацију

Хром нуди високу чврстоћу и високу пластичност. Може се ојачати топлотном обрадом и користи се у структурним компонентама високе{1}}кости.

 

Гвожђе, јак -стабилизујући елемент са ниском ценом, може да замени ванадијум, али има лошу термичку стабилност и склоно је сегрегацији.

 

Силицијум, додатак у траговима, може да побољша топлотну чврстоћу и отпорност на топлоту, и углавном се користи у високо{0}}компонентама аеро-а на високим температурама.

 

 

Неутрални елементи имају мали утицај на -трансусну температуру титанијума. Њихова атомска величина и својства су блиски онима титанијума, омогућавајући бесконачан чврст раствор у обе и фазама. Они углавном уравнотежују перформансе легуре и побољшавају чврстоћу на високим{3}}температурама без промене основних карактеристика титанијума. Цирконијум и калај су најчешће коришћени.

 

Цирконијум има изузетно слична својства као титан, са слабим ефектом јачања при собној{0}}температури, али може значајно да побољша топлотну чврстоћу и стабилност на високим температурама и широко се користи у легурама титанијума на високим{1}}има.

Калај има још слабији ефекат јачања{0}при собној температури и може да побољша термичку чврстоћу. Када се комбинује са алуминијумом, може додатно да оптимизује перформансе на високим{2}}температурама.

 

 

У практичним применама, један елемент тешко може да испуни захтеве сложених радних услова. Већина практичних легура титанијума има синергистички дизајн са више-елемената како би се постигле комплементарне предности кроз прецизно одређивање пропорција.

Ти6Ал4В је класичан представник. У комбинацији са алуминијумом и ванадијумом, формира + дуплекс структуру, интегришући снагу, пластичност, жилавост и заварљивост.

 

Легура титанијума на високим{0}} температурама, на пример Ти60 и Ти65, постижу синергију кроз елементе укључујући алуминијум, цирконијум и молибден, уз додатак ретких земаља. Могу се користити изнад 600 степени, разбијајући страни технолошки монопол.

 

Медицинска легура Ти29Нб13Та4.6Зр се углавном састоји од -стабилизујућих елемената као што су ниобијум и тантал. Има модул еластичности близак оном код људских костију и одличну биокомпатибилност, а широко се користи у имплантатима као што су вештачки зглобови и нокти костију.

Легуре попут ИМИ834 и Ти1100 за аеро-моторе карактеришу прецизне пропорције алуминијума, калаја, молибдена и силицијума, задржавајући одличну отпорност на пузање на 600 степени, и кључни су материјали за лопатице и дискове компресора.