Yra titano superlloy

1. Kas apibrėžia supervietį?

Superalloys (dar vadinamos „aukšta - temperatūros lydiniais“) yra sandariai apibrėžta metalinių medžiagų, pagamintų, klasėKonkrečiai išsaugoti išskirtinį mechaninį našumą esant dideliam šilumai ir įtempiui. Jų klasifikacija nėra savavališka, bet susieta su trimis ne - sutartiniais kriterijais, kurių titanas ir jo lydiniai neatitinka:

Ypatingas aukštas - temperatūros stabilumas: Superalloys turi išlaikyti stiprumą, atsparumą šliaužiant (atsparumas nuolatinei deformacijai ilgoje - termino šilumos/įtempio) ir oksidacijos/korozijos atsparumo temperatūroje esant temperatūraivirš 650 laipsnių (1200 laipsnių f)- ir dažnai kur kas aukštesnis (pvz., 1000–1250 laipsnio pažangių klasių, naudojamų reaktyvinio variklio turbinų ašmenimis). Tai yra jų lemianti savybė: jie yra skirti veikti aplinkoje, kurioje dauguma metalų greitai sušvelnina, deformuoja ar oksiduoja.

Kompozicija, pagrįsta nikelio, kobalto ar geležies - nikelio sistemos: „Superalloys“ yra ne autonominiai elementai, bet sudėtingi lydiniai, pastatyti aplink nikelio (dažniausiai paplitusią), kobalto ar geležies- nikelio „storąjį metalą“. Jie priklauso nuo tikslaus lydinių elementų (pvz., Aliuminio, titano, volframo, molibdeno, renium) pridėjimo, kad susidarytųAukštos - temperatūros stiprinimo fazės-, pavyzdžiui, '- ni₃ (al, ti) fazė nikelio - pagrindu pagrįstas superalloys -, kuris užrakina mikrostruktūrą vietoje ir užkirsti kelią minkštinimui šilumoje.

TIKSLAI Šilumos - intensyvios programos: „Superalloys“ yra tikslas -, pastatytas komponentams, veikiantiems karščiausiose sistemų dalyse: reaktyvinio variklio turbinos ašmenys/degikliai, dujų turbinos karštos sekcijos, raketų variklio purkštukai ir branduolinio reaktoriaus šerdies komponentai. Jų vertė yra tai, kad šios sistemos įgalina patikimai veikti šiluminėmis sąlygomis, kurios sunaikintų kitas medžiagas.

2. Titano savybės: stiprios, bet ne „super“ aukštoje temperatūroje

Titanas yra lengvas, korozija - atspari metalinis elementas, turintis vertingų inžinerinių savybių -, tačiau šios savybės yra optimizuotos, kad būtų optimizuotosvidutinio sunkumo - temperatūros aplinka, ne ekstremalus šiluma, kurią superlydus yra skirta tvarkyti. Pagrindiniai titano (ir jo lydinių) apribojimai, palyginti su „Superalloys“, yra:

a. Temperatūros našumas: kieta riba žemiau „Superalloy“ standartų

Kritiškiausias atotrūkis yra „Titanium“ nesugebėjimas išlaikyti stiprumo aukštesnėje nei 550 laipsnių temperatūroje (1020 laipsnių F). Net jo šilumos - atsparūs komerciniai lydiniai -, pavyzdžiui, ti - 6al - 2SN-4ZR-2MO („beveik alfa“ titano lydinio, naudojamo orlaivių varikliuose)-exhibituoja reikšmingą savybių degradavimą virš 500–550 laipsnio.

Jų derliaus stiprumas ir tempimo stiprumas smarkiai sumažėja (pvz., Ti - 6Al-4V, dažniausiai pasitaikantis titano lydinys, praranda ~ 40% savo kambario temperatūros stiprumo 500 laipsnių).

Atsparumas šliaužiant tampa nepakankamas: 600 laipsnių, net esant mažam įtempiui, titano lydiniai laikui bėgant visam laikui deformuosis - gedimo režimo superlydai yra aiškiai sukurti, kad būtų išvengta.

Oksidacijos rizika padidėja: virš 600 laipsnių, titanas sudaro trapų, ne - apsauginį oksido sluoksnį (skirtingai nei superallloys, kurios sudaro stabilų, savarankišką - gydomąsias oksido skales esant 1000 laipsnių +).

Ši temperatūros riba reiškia, kad titano negalima naudoti šilumoje - intensyviose programose, apibrėžiančiose superlojaus naudojimo atvejus (pvz.

b. Kompozicija ir stiprinimo mechanizmai: Nėra suderinimo su super lydimu

Titanas yra atskiras cheminis elementas (atominis numeris 22), o ne nikelio/kobalto/geležies - nikelio bazių sistemų, kurios sudaro visų superlaidžių pagrindą, dalis. Jo lydiniai (pvz., Ti-6Al-4v, Ti-5Al-2.5SN) remiasiSkirtingi stiprinimo mechanizmaikurie yra neveiksmingi esant aukštai temperatūrai:

Superlloys naudojimasKritulių kietėjimas(formuoja mažą, stabilų 'arba' 'fazės, blokuojančios dislokacijos judėjimą) irkietas - sprendimo stiprinimas(Elementų, tokių kaip volframas, pridėjimas prie „sutvirtinkite“ metalinę grotelę) - abu optimizuoti šilumos stabilumui.

Titano lydiniai, priešingai, remiasiFazių transformacijos sukietėjimas(kontroliuojant terminio apdorojimo santykio ir fazių santykį) ir ribotas kietas - tirpalo stiprinimas. Šie mechanizmai nutrūksta aukštoje temperatūroje, nes / fazės tampa nestabilios ir dislokacijos juda laisvai.

c. Taikymo nišos: lengvas ir aukštas - temperatūra

„Titanium“ vertė yra kitokia stipriosios pusės aibė -Lengvas našumas esant vidutinei temperatūrai-, kuris papildo, o ne sutampa su, superviziumais:

Titano lydinių (pvz., Ti - 6Al-4v) tankis yra ~ 4,5 g/cm³ (pusė plieno, ~ 60% nikelio pagrindu pagamintų superlenčių) ir „Excel“, kai svorio taupymas yra didesnis nei ekstremalios šilumos atsparumo: orlaivių orlaivių, helicopter rotor Beilių (dėl biocompat lengvatos), o cheminiam karščiui) ir cheminiam karščiui. Rūgščių atsparumas).

Superalloys, atvirkščiai, naudojami ten, kur šilumos pasipriešinimas yra ne - sutartinis -, net jei jie yra sunkesni. Pvz., Žemas reaktyvinio variklio - slėgio kompresorius (veikiantis esant 300–400 laipsniui) gali naudoti titaną svorio taupymui, tačiau aukštas - slėgio turbina (1000 laipsnių +) naudos nikelio -, pagrįstus superlydžiu, kaip CMSX - 4 (pavieniai-{9}}, kaip CMSX - 4 (vienkartinis superpeance).

info-446-444 info-445-443

info-445-443 info-441-444

3. Ar yra kokių nors titano lydinių "Superalloy - kaip"?

Net patys pažangiausi titano lydiniai (pvz. Tialiniai lydiniai (pvz., Ti - 48Al-2cr-2NB) gali veikti šiek tiek aukštesnėje temperatūroje (~ 650–750 laipsnių) nei įprasti titano lydiniai ir yra naudojami kai kurių šiuolaikinių srovės variklių žemo slėgio turbinų peiliuose (pvz., GE9X). Tačiau:

Jų maksimali temperatūra (750 laipsnių) vis dar nukrenta žemiau 800 laipsnių + slenksčio įvažiavimo - lygio supervizionams (pvz., „Inconel 718“, kuris veikia iki 900 laipsnių).

Jiems trūksta atsparumo šliaužimui ir tikrojo supervietės oksidacijos stabilumui: 800 laipsnių, esant 800 laipsnių, yra greitas šliaužimas, tuo tarpu nikelis - pagrįstas superlaidis, pavyzdžiui, „Waspaloy“, palaiko stiprumą tūkstančius valandų toje temperatūroje.

Jie nėra nikelio/kobalto/geležies - nikelio sistemos, apibrėžiančios superlaidus, dalis, todėl jos klasifikuojamos kaip „pažangios titano intermetallikai“, o ne superlaidai.

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 laipsnių) per nikelį/kobaltą/geležies - nikelio - pagrindu sukurtas kompozicijas ir specializuotus stiprinimo mechanizmus - galimybės titano ir jo lydinių paprasčiausiai neturi. Abi medžiagos tarnauja skirtingai, ne - sutampantys vaidmenys: titanas, skirtas lengvam, vidutinio sunkumo - temperatūros pritaikymui ir šilumos superlaidai - intensyviai, aukštai - streso aplinkai.

Yra titanas