Войти
Титановые сплавы - это сплавы, содержащие смесь титана и других химические элементы. Такие сплавы имеют очень высокую прочность на разрыв и вязкость (даже при экстремальных температурах). Они легкие, обладают исключительной коррозионной стойкостью и способны выдерживать экстремальные температуры. Однако высокая стоимость сырья и обработки ограничивает их использование военными приложениями, самолетами, космическими кораблями, велосипедами, медицинскими приборами., ювелирные изделия, высоконагруженные компоненты, такие как шатуны на дорогих спортивных автомобилях и некоторый премиальный спортивный инвентарь и бытовая электроника.
Хотя «коммерчески чистая «титан имеет приемлемые механические свойства и использовался для ортопедических и дентальных имплантатов, для большинства применений титан легирован небольшими количествами алюминия и ванадия., обычно 6% и 4% соответственно по весу. Эта смесь имеет растворимость в твердом веществе, которая резко меняется с температурой, что позволяет ей претерпевать осаждение, упрочнение. Этот процесс термообработки выполняется после того, как сплаву придана его окончательная форма, но до того, как он будет использован, что позволяет значительно упростить изготовление высокопрочного продукта.
Титановые сплавы обычно подразделяются на четыре основные категории:
Бета-титановые сплавы проявляют BCC аллотропную форму титана ( называется бета). Элементы, используемые в этом сплаве, представляют собой один или несколько из следующих элементов, кроме титана в различных количествах. Это молибден, ванадий, ниобий, тантал, цирконий, марганец, железо, хром, кобальт, никель и медь.
Титановые сплавы обладают отличной формуемостью и легко поддаются обработке. Сварные.
Бета-титан в настоящее время широко используется в ортодонтии и был принят в ортодонтии в 1980-х годах. Этот тип сплава заменил нержавеющую сталь в некоторых случаях, поскольку нержавеющая сталь преобладала в ортодонтии с 1960-х годов. Он имеет отношение прочности / модуля упругости почти в два раза по сравнению с аустенитной нержавеющей сталью 18-8, большие упругие прогибы пружин и уменьшенное усилие на единицу смещения в 2,2 раза ниже, чем у приборов из нержавеющей стали.
Некоторые из бета-титановых сплавов могут превращаться в твердый и хрупкий гексагональный омега-титан при криогенных температурах или под воздействием ионизирующего излучения.
Кристаллическая структура титана при температуре и давлении окружающей среды представляет собой плотноупакованную гексагональную α-фазу с отношением ac / a 1,587. При температуре около 890 ° C титан претерпевает аллотропное превращение в объемно-центрированную кубическую β-фазу, которая остается стабильной до температуры плавления.
Некоторые легирующие элементы, называемые альфа-стабилизаторами, повышают температуру перехода из альфа в бета , а другие (бета-стабилизаторы) снижают температуру перехода. Алюминий, галлий, германий, углерод, кислород и азот являются альфа-стабилизаторами. молибден, ванадий, тантал, ниобий, марганец, железо, хром, кобальт, никель, медь и кремний являются бета-стабилизаторами.
Как правило, титан с бета-фазой является более пластичной фазой, а альфа-фаза сильнее, но менее пластична из-за большего количества плоскостей скольжения в структуре bcc бета-фаза по сравнению с альфа-фазой hcp. Титан с альфа-бета-фазой имеет промежуточные механические свойства.
Диоксид титана растворяется в металле при высоких температурах, и его образование происходит очень энергично. Эти два фактора означают, что весь титан, за исключением наиболее тщательно очищенного, имеет значительное количество растворенного кислорода, и поэтому может считаться сплавом Ti-O. Оксидные выделения обладают некоторой прочностью (как обсуждалось выше), но не очень чувствительны к термической обработке и могут существенно снизить ударную вязкость сплава.
Многие сплавы также содержат титан в качестве незначительной добавки, но поскольку сплавы обычно классифицируются в зависимости от того, какой элемент составляет большую часть материала, они обычно не считаются «титановыми сплавами» как таковые. См. Подстатью о применениях титана. Коммерческие сорта титана (чистота 99,2%) имеют предел прочности на разрыв около 434 МПа, что соответствует пределу прочности обычных низкосортных стальных сплавов, но они менее плотны. Титан на 60% плотнее алюминия, но более чем в два раза прочнее наиболее часто используемого алюминиевого сплава 6061-T6. Титаном, используемым для поверхностного легирования нержавеющей стали AISI304, был лист CP-Ti, сорт 2, толщиной 300 мкм.
Сам по себе титан является прочным и легким металлом. Он прочнее обычных низкоуглеродистых сталей, но на 45% легче. Он также вдвое прочнее слабых алюминиевых сплавов, но лишь на 60% тяжелее. Титан обладает исключительной коррозионной стойкостью к морской воде и поэтому используется в гребных валах, такелажном снаряжении и других частях лодок, которые подвергаются воздействию морской воды. Титан и его сплавы используются в самолетах, ракетах и ракетах, где важны прочность, малый вес и устойчивость к высоким температурам. Кроме того, поскольку титан не вступает в реакцию внутри человеческого тела, он и его сплавы используются в искусственных суставах, винтах и пластинах для переломов, а также в других биологических имплантатах. См. Титан # Ортопедические имплантаты.
Стандарт ASTM International на бесшовные трубы из титана и титановых сплавов ссылается на следующие сплавы, требующие следующей обработки:
" Сплавы могут поставляться в следующих условиях: марки 5, 23, 24, 25, 29, 35 или 36 - отожженные или состаренные; марки 9, 18, 28 или 38 - холоднодеформированные и снятые с напряжений или отожженные; марки 9, 18, 23, 28 или 29 состояние с преобразованным бета; и классы 19, 20 или 21, обработанные раствором или обработанные раствором и состаренные. "
" Примечание 1 - материал класса H идентичен соответствующему числовому классу ( то есть Оценка 2H = Оценка 2), за исключением более высокого гарантированного минимума UTS, и всегда может быть сертифицирована как отвечающая требованиям соответствующей числовой оценки. Уровни 2H, 7H, 16H и 26H предназначены в первую очередь для использования в резервуарах высокого давления. "
" Классы H были добавлены в ответ на запрос ассоциации пользователей, основанный на его исследовании более 5200 коммерческих тестов уровня 2, 7, 16 и 26 сообщает, что более 99% соответствуют минимальному показателю UTS в 58 тыс. фунтов на квадратный дюйм ».
«Этот альфа-бета сплав является основным сплавом титановой промышленности. Сплав полностью поддается термообработке с размерами сечения до 15 мм и используется до примерно 400 ° C (750 ° F). Поскольку это наиболее часто используемый сплав - более 70% всех сплавов являются субстандартными сплавами Ti6Al4V, он применяется во многих аэрокосмических конструкциях и компонентах двигателей, а также в основных неавиационно-космическое применение в морской, морской и энергетической отраслях, в частности. "
" Применение: лопасти, диски, кольца, планеры, крепеж, компоненты. Сосуды, корпуса, ступицы, поковки. Биомедицинские имплантаты. "
Титановые сплавы термически обрабатываются по ряду причин, главным из которых является одни из них заключаются в увеличении прочности за счет обработки раствора и старения, а также в оптимизации специальных свойств, таких как вязкость разрушения, усталостная прочность и сопротивление ползучести при высоких температурах.
Альфа- и почти-альфа-сплавы нельзя резко изменить термической обработкой. Снятие напряжений и отжиг - это процессы, которые можно использовать для этого класса титановых сплавов. Циклы термообработки для бета-сплавов значительно отличаются от циклов для альфа- и альфа-бета-сплавов. Бета-сплавы можно не только снимать напряжения или отжигать, но также можно обрабатывать на твердый раствор и состаривать. Альфа-бета-сплавы представляют собой двухфазные сплавы, содержащие как альфа-, так и бета-фазы при комнатной температуре. Фазовый состав, размеры и распределение фаз в альфа-бета-сплавах можно изменять в определенных пределах с помощью термообработки, что позволяет изменять свойства.
Титановая пластина для запястья Титановые сплавы широко используются для изготовления металлических ортопедических суставов и операций на костных пластинах. Обычно они производятся из кованого или литого прутка с помощью ЧПУ, CAD механической обработки или порошковой металлургии. У каждого из этих методов есть свои преимущества и недостатки. Кованые изделия сопровождаются значительными потерями материала во время механической обработки до окончательной формы изделия, а для литых образцов приобретение конечной формы изделия несколько ограничивает дальнейшую обработку и обработку (например, дисперсионное твердение ), но литье более эффективный материал. Традиционные методы порошковой металлургии также более эффективны в отношении материалов, но получение полностью плотных продуктов может быть общей проблемой.
С появлением производства твердых тел произвольной формы (3D-печать ) появилась возможность производить на заказ разработаны биомедицинские имплантаты (например, тазобедренные суставы). Хотя в настоящее время он не применяется в более крупных масштабах, методы изготовления произвольной формы предлагают возможность рециркуляции отработанного порошка (из производственного процесса) и позволяют избирательно настраивать желаемые свойства и, следовательно, рабочие характеристики имплантата. Электронно-лучевая плавка (EBM) и селективная лазерная плавка (SLM) - это два метода, применимых для изготовления сплавов произвольной формы. Производственные параметры сильно влияют на микроструктуру продукта, где, например, высокая скорость охлаждения в сочетании с низкой степенью плавления в SLM приводит к преимущественному образованию мартенситной альфа-первичной фазы, что дает очень твердый продукт.
Биосовместимость: отличная, особенно когда требуется прямой контакт с тканью или костью. Низкая прочность на сдвиг Ti-6Al-4V делает его нежелательным для костных винтов или пластин. Он также имеет плохие свойства поверхностного износа и имеет тенденцию к заеданию при скользящем контакте с собой и другими металлами. Обработка поверхности, такая как азотирование и окисление, может улучшить свойства износостойкости поверхности.
Ti6Al7Nb - специальный высокопрочный титановый сплав с превосходной биосовместимостью для хирургических имплантатов. Используемый для замены тазобедренных суставов, он находился в клинической практике с начала 1986 года.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Titanium- сплавы на основе. |
