Tööstuslike materjalide valdkonnas on kaks olulist metallisubstraati, puhas titaanleht ja komposiTe titaanleht, on olulised erinevused elementide koostis, füüsikaliste omaduste ja insenerirakenduste osas. Selles artiklis analüüsitakse nende kahte tüüpi titaanipõhiste materjalide omadusi ja nende rakendusstsenaariume sügavalt materiaalse teaduse vaatenurgast.
Materiaalse koostise ja mikrostruktuuri võrdlus
-
Puhas titaanleht (klass 1-4)
Tööstusliku puhta titaani abil, titaanisisaldus, mis on suurem või võrdne 99. 0%, vastavalt ASTM -i standarditele jagunes see neljaks klassiooniks. Selle kristallstruktuur on peamiselt tihedalt pakitud kuusnurkne (faasi) struktuur, millel on anisotroopsed omadused. Tüüpilised lisandielemendid hõlmavad hapnikku, rauda, süsinikku ja lämmastikku, mille hulgas on hapnikusisaldus olulist mõju materiaalse tugevusele.
-
Komposiitne titaanleht
It is produced by multi-component alloying process, which is mainly divided into + biphase alloy (such as Ti-6Al-4V) and phase alloy (such as Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al). Sulami elementide sisu on tavaliselt5-15%vahel. Tahke lahuse tugevdamise ja faasi muundamise tugevdamine saavutatakse Al, V, MO, NB ja muude elementide lisamisega.
Mehaaniliste omaduste parameetrite võrdlus
Eksperimentaalsete andmete analüüsi kaudu on kahe materjali tüüpi peamised jõudlusindeksid oluliselt erinevad.
|
Jõudlusindeksid |
Puhas titaanleht |
Ti -6 al -4 vcompoite titaanleht |
|
Pikenduse tugevus (MPA) |
240-550 |
895-930 |
|
Saagikuse tugevus (MPA) |
170-485 |
825-869 |
|
Pikenemine (%) |
15-24 |
10-15 |
|
Elastsusmoodul (GPA) |
102-110 |
110-114 |
|
Väsimustugevus (MPA |
200-300 |
500-600 |
|
Räägiküllasus (MPA√m) |
40-60 |
50-80 |
Insenerirakenduse stsenaariumide analüüs
Puhta titaanilehe tüüpilised rakendused
- Keemiavarustus: kloor-alkali tööstuslik elektrolüütilise raku vooderl korrosioonikiirus <0. 05mm)
- Meretehnoloogia: merevee magestamise taimetorude plaat (kasutusaja> 20 aastat)
- Meditsiinilised implantaadid: ortopeedilised fikseerimisplaadid (ISO 5832-2 BiOCONTIBIILY CERTIFED)
- Ehitusväli: veepiiril hoone kardina seinasüsteem (soolapihusti test> 5000H)
Komposiit titaanlehe rakendused
- Lennundus: mootori kompressoriterad (töötemperatuure 450-500 kraad)
- Meditsiiniseadmed: kunstlike vuukide osad (kulumiskiirus <0. 1mm³/MC)
- Spordiseadmed: võistlussõidukite jalgrattaraamid (konkreetne tugevus kuni 300 kn · m/kg)
- Sõjavarustus: allveelaevade survekestad (sukeldatav sügavus, mis on suurem või võrdne 500m)
Pinna töötlemisprotsessi erinevused
Puhtad titaanlehed on enamasti anodeeritud (pinge 80-100 v), et moodustada 5-20μM oksiidi kile ja pinna kõvadus võib ulatuda HV800 -ni. Liit titaan taET -d tuleb tugevdada löögipuhumisega (lasku läbimõõt 0. 3-0. 6mm) ja pinna jääkpinget võib jõuda -800} MPA -ni, mis parandab oluliselt väsimuskindlust.
Keevitamise töötlemise omadused
Puhta titaanilehtede keevitamist tuleks keskkonnas rangelt kontrollida99,999% argooni puhtus ja kuumutatud tsooni laius on umbes 3-5 mm. Komposiit titaanlehed peaksid keevitama elektronitala abil. Vaakumi kraad on <5 × 10⁻³Pa, keevituskiirus on 15-30 mm /s ja stressi leevendamine tuleks läbi viia 550 kraadi /4h pärast keevitamist.
Kulude-tulude analüüs
Praegused turuandmed näitavad, et komposiit titaanilehtede tooraine maksumus on umbes 2-3 kordaSuurem kui puhas titaanlehtedel, kuid selle tugevuse eeliste tõttu saab materiaalset tarbimist samades koormuse kandmise tingimustes vähendada 30-40%. Elutsükli kulude analüüs näitab, et komposiit titaanlehtede kasutamisel tipptasemel seadmeväljadel on parem majandus.
Koos arengugaMaterjali ettevalmistamise tehnoloogia, uued titaansulamist materjalid nagu ti -5553 (ti -5 al -5 mo -5 v {-3 Cr) on saavutanud tugevuse läbimurre 1200MPA -ga ja NanocstalAlly'i korrosioonitalusega võrrelda. Materiaalsed insenerid peavad valima parema optimaalse lahenduse, mis põhineb konkreetsete töötingimuste nõuetel ja tervikliku tasakaalu korrosioonikindluse, tugevuse ja kulude vahel.