هل المعرفة التيتانيوم -

1. ما الذي يحدد superalloy؟

SuperAlloys (تسمى أيضًا "سبائك درجة الحرارة" العالية -) هي فئة محددة بإحكام من المواد المعدنية المصممةعلى وجه التحديد للحفاظ على الأداء الميكانيكي الاستثنائي تحت الحرارة الشديدة والإجهاد. تصنيفهم ليس تعسفيًا ولكنه مرتبط بثلاثة معايير غير مفاوضة ، والتي تفشل في تلبية: التيتانيوم وسبائكها:

عالية عالية - استقرار درجة الحرارة: يجب أن تحافظ Superalloys على القوة ، ومقاومة الزحف (مقاومة التشوه الدائم تحت - مصطلح الحرارة/الإجهاد) ، ومقاومة الأكسدة/التآكل في درجات الحرارةفوق 650 درجة (1200 درجة واو)- وغالبًا ما يكون أعلى بكثير (على سبيل المثال ، 1000-1250 درجة للدرجات المتقدمة المستخدمة في شفرات توربينات المحرك النفاثة). هذه هي ميزة تحديدها: وهي مصممة للعمل في بيئات حيث تليح معظم المعادن أو تشوه أو تتأكسد بسرعة.

تكوين على أساس النيكل أو الكوبالت أو الحديد - أنظمة النيكل: Superalloys ليست عناصر مستقلة ولكن سبائك معقدة مبنية حول "المعدن الأساسي" من النيكل (الأكثر شيوعًا) أو الكوبالت أو الحديد -. يعتمدون على الإضافات الدقيقة لعناصر صناعة السبائك (على سبيل المثال ، الألومنيوم ، التيتانيوم ، التنغستن ، الموليبدينوم ، رينيوم) لتشكيلعالية - مراحل تعزيز درجة الحرارة- مثل المرحلة - ni₃ (al ، ti) في النيكل - المستند إلى superalloys - التي تغلق البنية الدقيقة في مكانها وتمنع التليين في الحرارة.

مستهدف للتسخين - تطبيقات مكثفة: SuperAlloys هي الغرض - تم تصميمها للمكونات التي تعمل في أهم الأجزاء من الأنظمة: شفرات توربينات المحرك النفاثة/احتراق التوربينات الغازية ، وفوهات محرك الصواريخ ، ومكونات مفاعل النواة. تكمن قيمتها في تمكين هذه الأنظمة من العمل بشكل موثوق في ظل الظروف الحرارية التي من شأنها تدمير المواد الأخرى.

2. خصائص التيتانيوم: قوية ، ولكن ليس "سوبر" في درجات حرارة عالية

التيتانيوم عبارة عن عنصر معدني مقاوم لخواص هندسية -معتدلة بيئات درجة الحرارة -، وليس الحرارة الشديدة التي تم تصميم Superalloys للتعامل معها. تشمل القيود الرئيسية لتيتانيوم (وسبائكه) بالنسبة إلى superalloys:

أ. أداء درجة الحرارة: حد صعب أقل من معايير Superalloy

الفجوة الأكثر أهمية هي عدم قدرة التيتانيوم على الحفاظ على القوة في درجات حرارة تزيد عن 550 درجة (1020 درجة واو). حتى سبائك تجارية مقاومة أكثر حرارة - - مثل ti - 6al - 2Sn-4Zr-2Mo (A "A" ALPHA "Titanium Alloy المستخدمة في ضاانات محرك الطائرات) -exhibit thervation فوق 500-550 درجة.

انخفضت قوة العائد وقوة الشد بشكل حاد (على سبيل المثال ، ti - 6AL-4V ، سبيكة التيتانيوم الأكثر شيوعًا ، تفقد حوالي 40 ٪ من قوته في درجة حرارة الغرفة عند 500 درجة).

تصبح مقاومة الزحف غير كافية: عند 600 درجة ، حتى تحت الإجهاد المنخفض ، ستشوه سبائك التيتانيوم بشكل دائم مع مرور الوقت - يتم تصميم وضع الفشل الفائق بشكل صريح لتجنبه.

زيادة مخاطر الأكسدة: أعلى من 600 درجة ، تشكل التيتانيوم طبقة أكسيد الواقية غير الهشة ، غير- (على عكس superalloys ، والتي تشكل مستقرة ، self - مقاييس أكسيد الشفاء في 1000 درجة +).

يعني الحد من درجة الحرارة هذا التيتانيوم في التطبيقات المكثفة - التي تحدد حالات استخدام Superalloy (على سبيل المثال ، شفرات توربينات المحرك النفاثة ، التي تعمل عند درجة 1000 درجة +).

ب. آليات التكوين والتعزيز: لا توافق مع Superalloys

التيتانيوم عبارة عن عنصر كيميائي مستقل (رقم ذري 22) ، وليس جزءًا من أنظمة قاعدة النيكل/الكوبالت/الحديد - التي تشكل أساسًا من جميع superalloys. سبائكها (على سبيل المثال ، TI-6AL-4V ، TI-5AL-2.5SN) تعتمد عليهاآليات تعزيز مختلفةالتي لا تكون فعالة في درجات حرارة عالية:

استخدام superalloysتصلب هطول الأمطار(تشكيل مراحل صغيرة أو مستقرة "أو" "تمنع حركة الخلع) وصلبة - حل الحل(إضافة عناصر مثل التنغستن إلى "تشديد" الشبكة المعدنية) - كلاهما محسن لاستقرار الحرارة.

على النقيض من ذلك ، تعتمد سبائك التيتانيوممرحلة التحول تصلب(السيطرة على نسبة ومراحل عبر المعالجة الحرارية) ومحدودية صلبة - تعزيز الحل. تنهار هذه الآليات في درجات حرارة عالية ، حيث تصبح / المراحل غير مستقرة وتتحرك الاضطرابات بحرية.

ج. منافذ التطبيق: درجة حرارة خفيفة الوزن مقابل عالية -

تكمن قيمة التيتانيوم في مجموعة مختلفة من نقاط القوة -أداء خفيف الوزن في درجات حرارة معتدلة- الذي يكمل ، بدلاً من التداخل معه ، superalloys:

سبائك التيتانيوم (على سبيل المثال ، ti - 6AL-4V) لها كثافة ~ 4.5 جم/سم (نصف تلك الصلب ، حوالي 60 ٪ من الجوال الفائقة القائمة على النيكل) و encel في التطبيقات التي يهمها توفير الوزن أكثر من المقاومة الحرارية: تجهيزات الطائرات المتطرفة ، وتجهيزات الطائرات. مقاومة في الأحماض).

على النقيض من ذلك ، يتم استخدام superalloys حيث تكون مقاومة الحرارة غير - قابلة للتداول - حتى لو كانت أثقل. على سبيل المثال ، قد يستخدم ضاغط الضغط المنخفض - (يعمل عند 300-400 درجة) التيتانيوم لتوفير الوزن ، ولكن توربينات الضغط العالية - ستستخدم مقاومة النيكل- المرتفعة مثل cmsx- 4 (a {a verysloy superalloy) لمقاومته.

info-446-444 info-445-443

info-445-443 info-441-444

3. هل أي سبائك التيتانيوم "Superalloy - مثل"؟

حتى سبائك التيتانيوم الأكثر تقدماً (على سبيل المثال ، لا تتأهل ألومنييدات التيتانيوم أو سبائك tial) باعتبارها superalloys. يمكن أن تعمل سبائك tial (على سبيل المثال ، ti - 48al-2cr-2nb) في درجات حرارة أعلى قليلاً (~ 650-750 درجة) من سبائك التيتانيوم التقليدية وتستخدم في شفرات التوربينات المنخفضة الضغط لبعض محركات الطائرات الحديثة (على سبيل المثال ، Ge9x). لكن:

لا تزال درجة حرارة الحد الأقصى (750 درجة) تقل عن عتبة 800 درجة + للإدخال - Superalloys (على سبيل المثال ، Inconel 718 ، الذي يعمل حتى 900 درجة).

إنهم يفتقرون إلى مقاومة الزحف واستقرار الأكسدة من Superalloys الحقيقية: في 800 درجة ، تظهر سبائك tial زحف سريع ، في حين أن النيكل - يعتمد على Waspaloy المحافظ على قوة لآلاف الساعات في تلك درجة الحرارة.

إنها ليست جزءًا من أنظمة النيكل/الكوبالت/الحديد - التي تحدد superalloys ، لذلك يتم تصنيفها على أنها "intermetallics المتقدمة من التيتانيوم" بدلاً من superalloys.

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 درجة) عبر التراكيب القائمة على النيكل/الكوبالت/الحديد - نيكل - وآليات تعزيز متخصصة - لا تتمتع بقدراتها وسبائكها ببساطة. تخدم المادتان أدوارًا متميزة ، غير- المتداخلة: التيتانيوم لتطبيقات درجة الحرارة الخفيفة ، المعتدلة- ، و superalloys لـ Heat - بيئات الإجهاد المكثفة ، العالية-.

هل التيتانيوم عظمى