1 Πέρα από το πηγάδι - γνωστή υψηλή αντοχή - σε - αναλογία βάρους, ποιες είναι οι άλλες θεμελιώδεις ιδιότητες που κάνουν τα κράματα τιτανίου ένα κρίσιμο υλικό στην αεροδιαστημική και την ιατρική βιομηχανία;
Ενώ η ισχύς - σε - αναλογία βάρους είναι πρωταρχική, αρκετές άλλες εγγενείς ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου είναι εξίσου κρίσιμες για αυτούς τους υψηλούς τομείς- απόδοσης:
Εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση: Το τιτάνιο σχηματίζει φυσικά ένα πυκνό, προσκολλημένο και σταθερό στρώμα οξειδίου (Tio₂) που μεταρρυθμίζει αμέσως εάν καταστραφεί. Αυτό καθιστά τις ράβδους τιτανίου εξαιρετικά ανθεκτικές σε μια μεγάλη ποικιλία περιβαλλόντων, συμπεριλαμβανομένων των αλμυρών υδάτων, των σωματικών υγρών, των χλωριών και πολλών χημικών ουσιών, που ξεπερνούν το αλουμίνιο και τους ανοξείδωτους χάλυβες σε συγκεκριμένα μέσα.
Βιοσυμβατότητα: Αυτό είναι το κλειδί για τα ιατρικά εμφυτεύματα. Το τιτάνιο δεν είναι τοξικό και δεν απορρίπτεται από το ανθρώπινο σώμα. Η ικανότητα του οστεοενσωμάτωσης - Η ικανότητα του οστού να αναπτύσσεται και να προσκολλάται στην επιφάνεια του τιτανίου - το καθιστά το ιδανικό υλικό για ορθοπεδικές ράβδους που χρησιμοποιούνται σε ράβδους νωτιαίου που χρησιμοποιούνται σε ράβδους σπονδυλικής στήλης, στελέχη ισχίου και βίδες οστών.
Απόδοση κόπωσης: Τα κράματα τιτανίου παρουσιάζουν εξαιρετική δύναμη κόπωσης, που σημαίνει ότι μπορούν να αντέξουν σε υψηλό αριθμό κυκλικών κύκλων φόρτωσης πριν από την αποτυχία. Αυτό είναι απολύτως απαραίτητο για την περιστροφή εξαρτημάτων σε κινητήρες αεριωθουμένων (π.χ. δίσκους συμπιεστή) και εξαρτήματα αεροσκαφών που υποβάλλονται σε κύκλους πίεσης.
Το συντελεστή της ελαστικότητας: το συντελεστή του τιτανίου είναι περίπου το ήμισυ του χάλυβα, που σημαίνει ότι είναι πιο ευέλικτο. Αυτή η ελεγχόμενη ευελιξία είναι ευεργετική σε εφαρμογές όπως τα ορθοπεδικά εμφυτεύματα, όπου μια πιο στενή αντιστοίχιση με το μέτρο του οστού μπορεί να βοηθήσει στη μείωση της θωράκισης του στρες.
2. Οι βαθμοί TI-6AL-4V (βαθμός 5) και εμπορικά καθαρό τιτάνιο (π.χ. βαθμός 2) είναι οι πιο συνηθισμένοι. Πότε ένας μηχανικός θα καθορίσει μια ράβδο τιτανίου CP πάνω από το ισχυρότερο κράμα TI-6AL-4V;
Η επιλογή μεταξύ του CP Titanium και του Ti - 6AL-4V είναι ένα κλασικό αντιστάθμιση μεταξύ της αντοχής, της διαμόρφωσης και της αντίστασης στη διάβρωση.
Καθορίστε το titanium CP (βαθμοί 1 - 4) όταν απαιτείται το υψηλότερο επίπεδο ικανότητας, η ολκιμότητα και η αντοχή στη διάβρωση και η ακραία μηχανική αντοχή δεν είναι ο κύριος οδηγός. Το CP Titanium είναι ευκολότερο σε ψυχρή μορφή, κάμψη και συγκόλληση. Καθορίζεται για τον εξοπλισμό χημικής επεξεργασίας (π.χ., τα κελύφη εναλλάκτη θερμότητας, τις σωληνώσεις), τα θαλάσσια συστατικά και τα ιατρικά εμφυτεύματα όπου απαιτούνται μέγιστη ευελιξία και βιοσυμβατότητα χωρίς την υψηλότερη αντοχή ενός κράματος (π.χ., κρανιακές πλάκες).
Καθορίστε το TI - 6AL - 4V (βαθμός 5) Όταν η υψηλή αντοχή, η αντίσταση στην κόπωση και η αυξημένη απόδοση θερμοκρασίας (έως ~ 400 βαθμοί / 750 βαθμοί F) είναι κρίσιμες. Είναι το εργοστάσιο εργασίας για τα δομικά εξαρτήματα αεροδιαστημικής (δοκάρια γραναζιών, τα εξαρτήματα κινητήρα), τα εξαρτήματα του κινητήρα του στροβίλου και τα ιατρικά εμφυτεύματα υψηλής πίεσης όπως τα μηριαία στελέχη και τις συσκευές ορθοπεδικών τραυμάτων. Το συμβιβασμό είναι ότι είναι λιγότερο όλκιμο και πιο δύσκολο να σχηματιστεί και η μηχανή από το CP Titanium.
3. Ποιες είναι οι πρωταρχικές προκλήσεις κατεργασίας που συνδέονται με τις ράβδους κράματος τιτανίου και ποιες στρατηγικές χρησιμοποιούνται για να τις ξεπεράσουν;
Η κατεργασία του τιτανίου είναι δύσκολη λόγω των υλικών του ιδιοτήτων:
Χαμηλή θερμική αγωγιμότητα: Η θερμότητα που παράγεται κατά τη διάρκεια της κοπής δεν διαλύεται στα τσιπ ή στο τεμάχιο εργασίας. Αντ 'αυτού, επικεντρώνεται στην άκρη του εργαλείου κοπής, οδηγώντας σε ταχεία φθορά και αποτυχία εργαλείων.
Υψηλή χημική αντιδραστικότητα: Σε υψηλές θερμοκρασίες που συναντώνται κατά τη μηχανική κατεργασία, το τιτάνιο αντιδρά με υλικά εργαλείων (όπως το καρβίδιο), προκαλώντας φθορά, προσκόλληση και φθορά διάχυσης, η οποία υποβαθμίζει το εργαλείο.
Εργαστείτε σκλήρυνση: Το τιτάνιο μπορεί να λειτουργήσει - Harden κατά τη διάρκεια της κοπής, καθιστώντας τα επόμενα περάσματα ακόμα πιο δύσκολα και οδηγώντας σε φτωχό φινίρισμα επιφάνειας αν δεν διαχειριστεί.
Οι στρατηγικές για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων περιλαμβάνουν:
Sharp Tools: Χρησιμοποιώντας αιχμηρά, θετικά - rake - εργαλεία γωνίας με εξειδικευμένες επικαλύψεις (π.χ. tialn) για τη μείωση της τριβής και της θερμότητας.
Χαμηλή ταχύτητα, υψηλή ταχύτητα τροφοδοσίας: Χρησιμοποιώντας χαμηλότερες ταχύτητες κοπής για τη διαχείριση της παραγωγής θερμότητας, αλλά χρησιμοποιώντας υψηλότερους ρυθμούς τροφοδοσίας για να διατηρηθεί το εργαλείο μπροστά από το έργο - σκληρή ζώνη.
Υψηλή - Ψυκτικό πίεση: Χρήση υψηλής - Ψυκτικό πίεση που κατευθύνεται ακριβώς στη διεπαφή κοπής είναι κρίσιμη. Αφαιρεί τη θερμότητα, λιπαίνει την περικοπή και πλύνει τα τσιπ για να αποτρέψει την κοπή -.
Άκαμπτες ρυθμίσεις: Εξασφάλιση ακραίας ακαμψίας στο εργαλείο, το τεμάχιο εργασίας και το εξάρτημα για να αντισταθμίσετε την ελαστικότητα του τιτανίου και να αποφύγετε την κουβέντα.
4. Πώς επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες και την επιλογή των μηχανικών ιδιοτήτων και της επιλογής της για μια εφαρμογή;
Τα στοιχεία κράματος και η προκύπτουσα μικροδομή καθορίζουν τις δυνατότητες ενός κράματος τιτανίου. Οι τρεις κύριες τάξεις είναι:
Τα κράματα άλφα (π.χ. CP Ti, Ti - 5Al - 2.5Sn): Αυτά είναι μη - που μπορούν να αντιμετωπιστούν θερμικά και ενισχύονται κυρίως μέσω ενίσχυσης στερεάς λύσης. Παρουσιάζουν εξαιρετική συγκόλληση, αντίσταση ερπυσμού σε αυξημένες θερμοκρασίες και καλή αντοχή στη διάβρωση. Χρησιμοποιούνται συνήθως σε χημικές επεξεργασίες και κρυογονικές εφαρμογές.
Alpha - κράματα βήτα (π.χ., Ti-6Al-4V): Αυτή είναι η πιο κοινή κλάση. Μπορούν να ενισχυθούν με θερμική επεξεργασία (θεραπεία και γήρανση με διάλυμα), η οποία κατακρημνίζει λεπτές σωματίδια άλφα σε μετασχηματισμένη βήτα μήτρα. Αυτό προσφέρει μια εξαιρετική ισορροπία δύναμης, ολκιμότητας και δύναμης κόπωσης. Είναι η προεπιλεγμένη επιλογή για τις περισσότερες αεροδιαστημικές και ιατρικές εφαρμογές.
Βήτα κράματα (π.χ. TI - 10V -} 2FE-3AL, TI-15V-3CR-3SN-3AL): Αυτά είναι πλούσια σε βήτα σταθεροποιητές (π.χ. V, Mo, Cr). Προσφέρουν πολύ υψηλή αντοχή (το υψηλότερο από τις κατηγορίες), εξαιρετική σκληρότητα σε πυκνά τμήματα και βελτιωμένη ικανότητα διαμόρφωσης στην κατάσταση που υποβλήθηκε σε αγωγή με διάλυμα. Ωστόσο, μπορούν να έχουν χαμηλότερη ολκιμότητα και είναι πιο πυκνά. Χρησιμοποιούνται σε εξαρτήματα αεροδιαστημικής υψηλής αντοχής όπως εργαλεία προσγείωσης και ελατήρια.
5. Στο πλαίσιο της παραγωγής προσθέτων (AM), ποιος είναι ο ρόλος των παραδοσιακά κατασκευασμένων ράβδων κράματος τιτανίου;
Παρά την ανάπτυξη του AM (ή της 3D εκτύπωσης) για την παραγωγή σύνθετων τμημάτων τιτανίου, τα παραδοσιακά ράβδοι τιτανίου παραμένουν απολύτως απαραίτητα και συχνά συμπληρωματικά:
Η πρώτη ύλη για την AM: Πολλές μεταλλικές διαδικασίες, ιδιαίτερα κατευθυνόμενη εναπόθεση ενέργειας (DED), χρησιμοποιήστε το απόθεμα από κράμα τιτανίου ως υλικό της ύλης. Η ράβδος τροφοδοτείται στο μηχάνημα ως σύρμα που πρέπει να λιώσει από την πηγή ενέργειας (δέσμη λέιζερ/ηλεκτρονίων).
Τα μπαστούνια για τη σφυρηλάτηση: τα κρίσιμα εξαρτήματα αεροδιαστημικής συχνά σφυρηλατούνται από μεγάλες ράβδοι τιτανίου (billets) για να επιτευχθούν ανώτερες μηχανικές ιδιότητες - συγκεκριμένα, μια λεπτή, ομοιόμορφη δομή κόκκων και κατευθυντική αντοχή - που είναι δύσκολο να αναπαραχθούν με συνέπεια με το AM. Τα μέρη AM συχνά απαιτούν ένα ζεστό βήμα ισοστατικής πίεσης (ισχίο) για να επιτευχθεί παρόμοια πυκνότητα.
Μη μηχανική κατεργασία από το απόθεμα των ράβδων: Για πολλές εφαρμογές, είναι πιο οικονομική, ταχύτερη και παρέχει καλύτερες ιδιότητες για την απλή μεταβολή ενός στοιχείου από μια συμπαγή ράβδο, ειδικά για απλούστερες γεωμετρίες, είναι επιθυμητή η υψηλότερη παραγωγή όγκου ή όπου οι ανισότροπες ιδιότητες μιας σφυρήλατης ράβδων είναι επιθυμητές.
Hybrid Manufacturing: Μια κοινή προσέγγιση είναι να χρησιμοποιήσετε το AM για να δημιουργήσετε ένα σχεδόν - net - preform shape, το οποίο στη συνέχεια τελειώνει - που έχει κατασκευαστεί από μια καθορισμένη δομή δεδομένων. Το Fixturing και το Tooling για αυτή τη μηχανική κατεργασία είναι συχνά κατασκευασμένα από υψηλό απόθεμα - αντοχή titanium bar.
