Titano lydinys reiškia įvairius legiruotus metalus, pagamintus iš titano ir kitų metalų. Titanas yra svarbus konstrukcinis metalas, sukurtas šeštajame dešimtmetyje. Titano lydinys turi didelį stiprumą, gerą atsparumą korozijai ir aukštą atsparumą karščiui. 1950-aisiais ir 1960-aisiais didžiausias dėmesys buvo skiriamas aukštos temperatūros titano lydinių, skirtų orlaivių varikliams, ir konstrukcinių titano lydinių fiuzeliažams kūrimui.
Aštuntajame dešimtmetyje buvo sukurta korozijai atsparių titano lydinių partija. Nuo devintojo dešimtmečio buvo toliau tobulinami korozijai atsparūs titano lydiniai ir didelio stiprumo titano lydiniai. Titano lydiniai daugiausia naudojami orlaivių variklių kompresorių dalims gaminti, po to raketos, raketos ir greitųjų orlaivių konstrukcijos dalys.
Titanas yra svarbus konstrukcinis metalas, sukurtas šeštajame dešimtmetyje. Titano lydiniai yra plačiai naudojami įvairiose srityse dėl didelio stiprumo, gero atsparumo korozijai ir didelio atsparumo karščiui. Daugelis pasaulio šalių pripažino titano lydinių medžiagų svarbą ir nuosekliai atliko jų tyrimus ir plėtrą bei gavo praktinį pritaikymą.
Pirmasis praktinis titano lydinys buvo Ti-6Al-4V lydinys, sėkmingai sukurtas JAV 1954 m. Dėl savo gero atsparumo karščiui, stiprumo, plastiškumo, tvirtumo, formavimo, suvirinamumo, atsparumo korozijai ir Dėl biologinio suderinamumo, jis tapo titano lydinio pramonės ace lydiniu. Šio lydinio naudojimas sudarė 75–85 % visų titano lydinių. Daugelis kitų titano lydinių gali būti laikomi Ti-6Al-4V lydinio modifikacijomis.
1950-aisiais ir 1960-aisiais didžiausias dėmesys buvo skiriamas aukštos temperatūros titano lydinių, skirtų orlaivių varikliams, ir konstrukcinių titano lydinių fiuzeliažams kūrimui. Aštuntajame dešimtmetyje buvo sukurta nemažai korozijai atsparių titano lydinių. Nuo devintojo dešimtmečio buvo toliau tobulinami korozijai atsparūs titano lydiniai ir didelio stiprumo titano lydiniai. Karščiui atsparių titano lydinių naudojimo temperatūra padidėjo nuo 400 laipsnių šeštajame dešimtmetyje iki 600-650 laipsnio XX a. dešimtajame dešimtmetyje. A2 (Ti3Al) ir r (TiAl) pagrindu pagamintų lydinių atsiradimas paskatino titano naudojimą variklyje nuo šaltojo variklio galo (ventiliatoriaus ir kompresoriaus) iki karštojo variklio galo (turbinos). Struktūriniai titano lydiniai vystosi link didelio stiprumo, didelio plastiškumo, didelio stiprumo ir kietumo, didelio modulio ir didelio atsparumo pažeidimams.
Be to, nuo 1970-ųjų taip pat atsirado formų atminties lydiniai, tokie kaip Ti-Ni, Ti-Ni-Fe ir Ti-Ni-Nb, kurie vis plačiau naudojami inžinerijoje.
Pasaulyje yra sukurta šimtai titano lydinių, o garsiausi lydiniai yra nuo 20 iki 30, pvz., Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2. 5Sn, Ti-2Al-2.5Zr, Ti-32Mo, Ti-Mo-Ni, Ti-Pd, SP-700, Ti-6242, Ti -10-5-3, Ti-1023, BT9, BT20, IMI829, IMI834 ir kt. [2,4].
Remiantis atitinkama statistika, mano šalies chemijos pramonėje sunaudoto titano kiekis 2012 m. pasiekė 25,{1}} tonas, o tai buvo mažesnis nei 2011 m. Tai pirmas kartas, kai mano šalies cheminio titano rinka neigiamai auga nuo tada 2009. Pastaraisiais metais chemijos pramonė buvo didžiausia titano apdirbimo medžiagų naudotoja, kurios naudojimas visada sudarė daugiau nei 50% viso titano naudojimo, o 2011 m. – net 55%. Tačiau ekonomikai papuolus į nuosmukį, chemijos pramonėje ne tik gerokai sumažėjo naujų projektų, bet ir pramonės pertvarka – nauji kai kurių produktų gamybos pajėgumai bus kontroliuojami, o pasenę gamybos pajėgumai palaipsniui panaikinami. Dėl to vis mažėjantis titano apdirbimo medžiagų naudojimas tapo savaime suprantamu dalyku. Prieš tai pramonės atstovai prognozavo, kad titano panaudojimas chemijos pramonėje didžiausias bus 2013–2015 m. Sprendžiant iš dabartinių rinkos rezultatų, bendras ekonomikos silpnumas 2012 m. gali paskatinti titano naudojimo chemijos pramonėje mažėjimą.
Titanas yra naujo tipo metalas. Titano savybės yra susijusios su priemaišų, tokių kaip anglis, azotas, vandenilis ir deguonis, kiekiu. Gryniausias titano jodidas turi ne daugiau kaip 0,1 % priemaišų, tačiau jis yra mažo stiprumo ir didelio plastiškumo. 99,5 % pramoninio gryno titano savybės yra: tankis ρ=4,5g/cm3, lydymosi temperatūra 1725 laipsniai, šilumos laidumas λ=15.24W/(mK), tempiamasis stipris σb=539 MPa, pailgėjimas δ=25%, skerspjūvio susitraukimas ψ=25%, tamprumo modulis E=1,078×105MPa, kietumas HB195.
Didelis stiprumas: titano lydinio tankis paprastai yra apie 4,51 g / cm3, tai yra tik 60% plieno. Kai kurie didelio stiprumo titano lydiniai viršija daugelio legiruotų konstrukcinių plienų stiprumą. Todėl titano lydinio savitasis stiprumas (stiprumas / tankis) yra daug didesnis nei kitų metalinių konstrukcinių medžiagų, todėl galima gaminti dalis, turinčias didelį vieneto stiprumą, gerą standumą ir lengvą svorį. Orlaivių variklių komponentuose, skeletuose, apvalkaluose, tvirtinimo detalėse ir važiuoklėje naudojami titano lydiniai.
Didelis šiluminis stiprumas
Darbinė temperatūra yra keliais šimtais laipsnių aukštesnė nei aliuminio lydinio. Jis vis tiek gali išlaikyti reikiamą stiprumą esant vidutinei temperatūrai ir gali ilgai veikti esant 450-500 laipsniui. Šių dviejų tipų titano lydinių savitasis stipris vis dar yra 150 laipsnių -500 laipsnių diapazone, o aliuminio lydinio savitasis stipris žymiai sumažėja esant 150 laipsnių. Titano lydinio darbinė temperatūra gali siekti 500 laipsnių, o aliuminio lydinio - žemesnė nei 200 laipsnių.
Geras atsparumas korozijai
Titano lydinys veikia drėgnoje atmosferoje ir jūros vandens terpėje, o jo atsparumas korozijai yra daug geresnis nei nerūdijančio plieno; pasižymi ypač stipriu atsparumu duobėms, rūgštinei korozijai ir įtempių korozijai; pasižymi puikiu atsparumu korozijai šarmams, chloridui, chloro organinėms medžiagoms, azoto rūgščiai, sieros rūgščiai ir kt. Tačiau titanas yra silpnas atsparumas korozijai redukuojančiam deguoniui ir chromo druskoms.
Geras veikimas žemoje temperatūroje
Titano lydinys vis tiek gali išlaikyti savo mechanines savybes žemoje ir ypač žemoje temperatūroje. Titano lydiniai, pasižymintys geromis žemos temperatūros savybėmis ir ypač mažais tarpinių elementų, pvz., TA7, vis tiek gali išlaikyti tam tikrą plastiškumą esant -253 laipsniui . Todėl titano lydinys taip pat yra svarbi žemos temperatūros konstrukcinė medžiaga.
Didelis cheminis aktyvumas
Titanas pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu ir atmosferoje stipriai reaguoja su O2, N2, H2, CO, CO2, vandens garais, amoniaku ir kt. Kai anglies kiekis didesnis nei 0,2 %, titano lydinyje susidarys kietasis TiC; esant aukštai temperatūrai, reaguodamas su N taip pat susidarys kietas TiN paviršinis sluoksnis; aukštesnėje nei 600 laipsnių temperatūroje titanas sugeria deguonį, sudarydamas didelio kietumo sukietėjusį sluoksnį; padidėjus vandenilio kiekiui, taip pat susidarys trapus sluoksnis. Sugeriant dujas susidarančio kieto ir trapaus paviršiaus sluoksnio gylis gali siekti 0.1-0.15 mm, o sukietėjimo laipsnis – 20%-30%. Titanas taip pat turi didelį cheminį afinitetą ir yra linkęs sukibti su trinties paviršiumi.
Mažas šilumos laidumo elastingumas
Titano šilumos laidumas yra λ=15.24W/(m·K), tai yra apie 1/4 nikelio, 1/5 geležies ir 1/14 aliuminio, o įvairaus titano šilumos laidumas lydinių yra maždaug 50% mažesnis nei titano. Titano lydinio tamprumo modulis yra maždaug 1/2 plieno, todėl jis yra silpnas ir lengvai deformuojamas. Jis netinka ploniems strypams ir plonasienėms dalims gaminti. Apdoroto paviršiaus atšokimas pjovimo metu yra labai didelis, maždaug 2–3 kartus didesnis nei nerūdijančio plieno, todėl gali atsirasti įrankio paviršiaus trintis, sukibimas ir susidėvėjimas.
Titano lydinys turi didelį stiprumą ir mažą tankį, geras mechanines savybes, gerą kietumą ir atsparumą korozijai. Be to, titano lydinys prastai veikia ir jį sunku pjaustyti. Karšto apdorojimo metu labai lengva sugerti priemaišas, tokias kaip vandenilis, deguonis, azotas ir anglis. Jis taip pat turi prastą atsparumą dilimui ir sudėtingus gamybos procesus. Pramoninė titano gamyba prasidėjo 1948 m. Aviacijos pramonės plėtros poreikiai lėmė titano pramonės plėtrą, kurios vidutinis metinis augimo tempas yra apie 8%. Metinė titano lydinio apdirbimo medžiagų gamyba pasaulyje pasiekė daugiau nei 40,000 tonų, yra beveik 30 titano lydinių rūšių. Plačiausiai naudojami titano lydiniai yra Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) ir pramoninis grynas titanas (TA1, TA2 ir TA3).
Titano lydiniai daugiausia naudojami orlaivių variklių kompresorių dalims gaminti, po to raketos, raketos ir greitųjų orlaivių konstrukcijos dalys. Viduryje-1960 titanas ir jo lydiniai buvo naudojami bendrojoje pramonėje gaminant elektrodų elektrolizės pramonei, kondensatorius elektrinėms, šildytuvams naftos perdirbimui ir jūros vandens gėlinimui bei aplinkos taršos kontrolės įtaisams gaminti. Titanas ir jo lydiniai tapo atsparia korozijai konstrukcine medžiaga. Be to, jie taip pat naudojami vandenilio saugojimo medžiagoms gaminti ir atminties lydiniams formuoti.
Kinija pradėjo titano ir titano lydinių tyrimus 1956 m.; vidurio-1960 pradėta pramoninė titano medžiagų gamyba ir sukurti TB2 lydiniai.
Titano lydinys yra nauja svarbi konstrukcinė medžiaga, naudojama aviacijos ir kosmoso pramonėje. Jo savitasis sunkis, stiprumas ir darbo temperatūra yra tarp aliuminio ir plieno, tačiau jis yra stipresnis už aliuminį ir plieną ir pasižymi puikiu jūros vandens atsparumu korozijai ir itin žemos temperatūros veikimu. 1950 m. JAV pirmą kartą jį panaudojo F-84 naikintuvuose kaip nelaikančius komponentus, tokius kaip galinio fiuzeliažo šilumos skydai, vėjo nukreipimo dangčiai ir uodegos dangčiai. Nuo septintojo dešimtmečio titano lydinių naudojimas buvo perkeltas iš galinio fiuzeliažo į vidurinį fiuzeliažą ir iš dalies pakeitė konstrukcinį plieną, gaminant svarbius laikančius komponentus, tokius kaip pertvaros, sijos ir atvartų bėgiai. Titano lydinių naudojimas kariniuose orlaiviuose sparčiai išaugo ir pasiekė 20–25 % orlaivio konstrukcijos svorio. Nuo aštuntojo dešimtmečio civiliniai orlaiviai pradėjo naudoti titano lydinius dideliais kiekiais. Pavyzdžiui, keleiviniame lėktuve „Boeing 747“ sunaudojama daugiau nei 3640 kilogramų titano. Orlaiviuose, kurių Macho skaičiai yra didesni nei 2,5, titanas daugiausia naudojamas pakeisti plieną, siekiant sumažinti konstrukcijos svorį. Pavyzdžiui, JAV SR-71 didelio aukščio ir greitaeigis žvalgybinis orlaivis (skrydžio Macho skaičius 3, skrydžio aukštis 26 212 metrų), titanas sudaro 93 % orlaivio konstrukcijos svorio, žinomas kaip „visas -titano“ lėktuvas. Kai orlaivio variklio traukos ir svorio santykis padidėja nuo 4-6 iki 8-10, o kompresoriaus išėjimo temperatūra padidėja nuo 200-300 laipsnio iki 500-600 laipsnio, žemas slėgio kompresoriaus diskai ir mentės, iš pradžių pagaminti iš aliuminio, turi būti pakeisti titano lydiniais arba titano lydiniai turi būti naudojami vietoj nerūdijančio plieno, kad būtų pagaminti aukšto slėgio kompresoriaus diskai ir mentės, kad būtų sumažintas konstrukcijos svoris. Aštuntajame dešimtmetyje orlaivių varikliuose naudojamas titano lydinio kiekis paprastai sudarė 20–30 % viso konstrukcijos svorio ir daugiausia buvo naudojamas kompresorių dalims, pvz., kaltiniams titano ventiliatoriams, kompresorių diskams ir mentėms, lieti gaminti. titano kompresorių korpusai, tarpiniai korpusai, guolių korpusai ir kt. Erdvėlaiviai daugiausia naudoja didelio specifinio stiprumo, atsparumo korozijai ir atsparumo žemai temperatūrai titano lydinius įvairiems slėginiams indams, degalų bakams, tvirtinimo detalėms, instrumentų diržams, rėmams ir raketų korpusams gaminti. Dirbtiniuose žemės palydovuose, Mėnulio moduliuose, pilotuojami erdvėlaiviai ir erdvėlaiviai taip pat naudoja titano lydinio lakštų suvirintas dalis.
Titano lydinio pjovimas, gręžimas ir sriegimas kelia ypač aukštus reikalavimus pjovimo įrankiams, skylių apdirbimo grąžtams ir sriegių sriegimo srieginiams srieginiams srieginiams srieginiams srieginiams įtaisams: kai titano lydinio kietumas yra didesnis nei HB350, pjauti yra ypač sunku. Kai jis mažesnis nei HB300, jį lengva prilipti prie įrankio ir taip pat sunku pjauti. Tačiau titano lydinio kietumas yra tik vienas iš pjovimo sunkumų aspektų. Svarbiausia yra visapusiška paties titano lydinio cheminių, fizinių ir mechaninių savybių įtaka jo pjovimo apdirbamumui. Titano lydinys turi šias pjovimo savybes:
(1) Mažas deformacijos koeficientas: tai svarbi titano lydinio pjovimo savybė. Deformacijos koeficientas yra mažesnis arba artimas 1. Skiedros slydimo trinties atstumas priekinėje pjovimo briaunoje labai padidėja, o tai pagreitina įrankio susidėvėjimą.
(2) Aukšta pjovimo temperatūra: kadangi titano lydinio šilumos laidumas yra labai mažas (atitinka tik 1/5–1/7 45 plieno), lusto ir priekinio pjovimo krašto kontaktinis ilgis yra labai trumpas. Pjovimo metu susidaranti šiluma nėra lengvai perduodama ir yra sutelkta nedideliame diapazone šalia pjovimo vietos ir pjovimo krašto. Pjovimo temperatūra yra labai aukšta. Esant tokioms pačioms pjovimo sąlygoms, pjovimo temperatūra gali būti daugiau nei du kartus didesnė už pjovimo 45 plieną.
(3) Didelė pjovimo jėga ploto vienetui: pagrindinė pjovimo jėga yra apie 20 % mažesnė nei pjovimo jėga. Kadangi drožlės ir priekinės pjovimo briaunos sąlyčio ilgis yra labai trumpas, pjovimo jėga sąlyčio ploto vienetui labai padidėja, todėl nesunku sukelti skaldymą. Tuo pačiu metu dėl mažo titano lydinio tamprumo modulio apdirbimo metu, veikiant radialinei jėgai, lengva sukurti lenkimo deformaciją, sukeliančią vibraciją, didinant įrankio susidėvėjimą ir įtakos dalių tikslumui. Todėl proceso sistema turi turėti gerą standumą.
(4) Sunkus šalto kietėjimo reiškinys: dėl didelio cheminio titano aktyvumo, ore lengvai sugeria deguonį ir azotą, kad susidarytų kieta ir trapi išorinė odelė esant aukštai pjovimo temperatūrai; tuo pačiu metu plastinė deformacija pjovimo metu taip pat sukels paviršiaus sukietėjimą. Šalto kietėjimo reiškinys ne tik sumažina detalių atsparumą nuovargiui, bet ir padidina įrankių susidėvėjimą. Tai labai svarbi savybė pjaunant titano lydinį.
(5) Įrankį lengva nešioti: po ruošinio apdirbimo štampavimo, kalimo, karšto valcavimo ir kitais metodais susidaro kieta ir trapi išorinė odelė, dėl kurios labai lengva įskilti, todėl pašalinama kieta oda. sunkiausias titano lydinio apdirbimo procesas. Be to, dėl stipraus cheminio titano lydinio giminingumo su įrankių medžiagomis, esant aukštai pjovimo temperatūrai ir didelei pjovimo jėgai ploto vienetui, įrankis yra linkęs susidėvėti. Sukant titano lydinį, priekinės pjovimo briaunos susidėvėjimas kartais būna net rimtesnis nei galinio pjovimo briaunos; kai padavimo greitis f<0.1 mm/r, the wear mainly occurs on the back cutting edge; when f>{{0}},2 mm/r, priekinis pjovimo kraštas bus nusidėvėjęs; naudojant kietmetalinius įrankius smulkiam tekėjimui ir pusiau apdailai, galinės pjovimo briaunos nusidėvėjimas yra tinkamesnis, kai VBmax yra mažesnis nei 0,4 mm.
Frezuojant dėl mažo titano lydinio medžiagų šilumos laidumo ir itin trumpo kontaktinio ilgio tarp drožlių ir priekinės pjovimo briaunos, pjovimo metu susidaranti šiluma nėra lengvai perduodama ir yra koncentruojama nedideliame diapazone šalia pjovimo vietos. deformacijos zona ir pjovimo briauna. Apdorojimo metu pjovimo briauna sukels itin aukštą pjovimo temperatūrą, o tai labai sutrumpins įrankio tarnavimo laiką. Titano lydinio Ti6Al4V sąlygomis, kai įrankio stiprumas ir staklių galia leidžia, pjovimo temperatūros lygis yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos įrankio tarnavimo laikui, o ne pjovimo jėgos dydis.
Įrankių medžiagos
Pjovimas titano lydiniais turėtų prasidėti sumažinus pjovimo temperatūrą ir sumažinus sukibimą. Reikėtų pasirinkti įrankio medžiagas, turinčias gerą raudoną kietumą, didelį lenkimo stiprumą, gerą šilumos laidumą ir silpną afinitetą su titano lydiniais. Labiau tinka YG cementuotas karbidas. Kadangi greitapjovis plienas turi prastą atsparumą karščiui, kuo dažniau reikia naudoti įrankius, pagamintus iš cementuoto karbido. Dažniausiai naudojamos cementuoto karbido įrankių medžiagos yra YG8, YG3, YG6X, YG6A, 813, 643, YS2T ir YD15.
Padengti peiliai ir YT tipo cementuoti karbidai turės stiprų giminingumą su titano lydiniais, padidindami įrankio sukibimo susidėvėjimą, ir netinka titano lydiniams pjauti; Sudėtingiems, daugiabriauniai įrankiams, didelio vanadžio greitaeigiam plienui (pvz., W12Cr4V4Mo), greitaeigiam kobalto plienui (pvz., W2Mo9Cr4VCo8) arba aliuminio greitam plienui (pvz., W6Mo5Cr4V2Al, M10Mo4Cr4V3Al) ir kitoms įrankių medžiagoms galima pasirinkti, kurie tinka grąžtams, sriegtuvams, galinėms frezoms, įpjovoms, čiaupams ir kitiems titano lydinių pjovimo įrankiams gaminti.
Naudojant deimantą ir kubinį boro nitridą kaip įrankius titano lydiniams pjaustyti galima pasiekti reikšmingų rezultatų. Pavyzdžiui, naudojant natūralius deimantinius įrankius emulsijos aušinimo sąlygomis, pjovimo greitis gali siekti 200 m/min; jei nenaudojamas pjovimo skystis, leistinas pjovimo greitis yra tik 100 m/min, esant tokiam pat dilimui.
Atsargumo priemonės
Pjovimo titano lydinio metu reikia atkreipti dėmesį į šiuos dalykus:
(1) Dėl mažo titano lydinio tamprumo modulio apdorojant ruošinio suspaudimo deformacija ir įtempių deformacija yra didelė, o tai sumažins ruošinio apdorojimo tikslumą; suspaudimo jėga montuojant ruošinį neturi būti per didelė, o prireikus galima pridėti pagalbinę atramą.
(2) Jei naudojamas vandenilio turintis pjovimo skystis, pjovimo metu jis suirs ir aukštoje temperatūroje išskirs vandenilį, kurį sugers titanas ir sukels vandenilio trapumą; tai taip pat gali sukelti aukštos temperatūros įtempių korozijos titano lydinio įtrūkimus.
(3) Pjovimo skystyje esantys chloridai naudojimo metu taip pat gali suskaidyti arba išgarinti toksiškas dujas. Naudojant jį reikia imtis saugos apsaugos priemonių, kitaip jo negalima naudoti; po pjovimo detales reikia laiku kruopščiai nuvalyti valymo priemone be chloro, kad būtų pašalinti chloro turintys likučiai.
(4) Draudžiama naudoti įrankius ir įtaisus, pagamintus iš švino arba cinko lydinių, kad būtų galima liesti titano lydinius. Varis, alavas, kadmis ir jų lydiniai taip pat draudžiami.
(5) Visi įrankiai, tvirtinimo detalės ar kiti įtaisai, kurie liečiasi su titano lydiniais, turi būti švarūs; Išvalytos titano lydinio dalys turi būti apsaugotos nuo užteršimo riebalais ar pirštų atspaudais, nes priešingu atveju ateityje jos gali sukelti įtempinę druskos (natrio chlorido) koroziją.
(6) Įprastomis aplinkybėmis pjaunant titano lydinius nėra užsidegimo pavojaus. Tik pjaunant nedidelį kiekį titano lydinių, pjovimas
Tik smulkios drožlės po mašina gali užsidegti ir sudegti. Siekiant išvengti gaisro, be didelio kiekio pjovimo skysčio išpylimo, taip pat būtina neleisti drožlėms kauptis ant staklių, pakeisti įrankį iš karto, kai jis tampa bukas, arba sumažinti pjovimo greitį ir padidinti pastūmą. norma, kad padidėtų lusto storis. Kilus gaisrui, gesinti reikia talko, kalkakmenio miltelių, sauso smėlio ir kitų gaisro gesinimo priemonių. Naudoti anglies tetrachlorido ir anglies dioksido gesintuvus griežtai draudžiama, o vandens pilti negalima, nes vanduo gali pagreitinti degimą ir net sukelti vandenilio sprogimus.
