Είναι το τιτάνιο ένα σούπερ κράμα;
παρουσιάζω
Τα σύγχρονα πρότυπα παραγωγής είναι πολύ απαιτητικά. Ζητείται συνεχώς από μηχανικούς και σχεδιαστές να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις της βιομηχανίας όσον αφορά την απόδοση, τη μακροζωία, τη βιωσιμότητα και τη βελτιστοποίηση του κόστους. Η βιομηχανική παραγωγή βρίσκεται σε κατάσταση συνεχούς ανάπτυξης. Οι νέες αρχές σχεδιασμού, οι μέθοδοι παραγωγής και τα υλικά είναι απαραίτητα για την καινοτομία.
Ορισμένες βιομηχανίες μπορεί να είναι ιδιαίτερα απαιτητικές, όπως η αεροδιαστημική βιομηχανία. Τα αεροδιαστημικά προϊόντα υπόκεινται σε ακραίες συνθήκες κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Οι παραδοσιακές μέθοδοι και τα υλικά δεν αρκούν για να πληρούν τα βιομηχανικά πρότυπα: γι' αυτό οι μηχανικοί της αεροδιαστημικής χρησιμοποιούν υλικά όπως τα υπερκράματα.
Τι είναι τα κράματα υψηλής θερμοκρασίας;
Στην ουσία, τα υπερκράματα είναι υλικά με εξαιρετικά στατιστικά στοιχεία απόδοσης. Οι βασικές ιδιότητες των υπερκραμάτων είναι η υψηλή αντοχή, η εξαιρετικά υψηλή μηχανική αντοχή, η θερμοελαστικότητα και η μεγάλη διάρκεια ζωής. Η πιο σημαντική ιδιότητα των υπερκραμάτων είναι η ικανότητά τους να λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες τήξης. Όλες οι παραπάνω ιδιότητες καθιστούν τα υπερκράματα ζωτικής σημασίας για την αεροδιαστημική βιομηχανία.
Η αρχική ιδέα για την ανάπτυξη υλικών κατάλληλων για λειτουργία σε ακραίες συνθήκες προήλθε από την επιθυμία να σχεδιάσουμε αεροσκάφη που θα μπορούσαν να μας πάνε ψηλότερα και πιο γρήγορα. Η ανάπτυξη των υπερκραμάτων συνδέεται στενά με την ταχεία επέκταση της αεροδιαστημικής βιομηχανίας μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο.
Τύποι κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας
Υπάρχουν πολλοί τύποι κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας που χρησιμοποιούνται στην αεροδιαστημική βιομηχανία. Μία από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες παραλλαγές είναι το υπερκράμα με βάση το τιτάνιο. Το καθαρό τιτάνιο έχει σχετικά χαμηλή πυκνότητα, υψηλή αντοχή και υψηλή αντοχή στη διάβρωση. Επιπλέον, το τιτάνιο είναι το μόνο στοιχείο που καίγεται με άζωτο. Το τιτάνιο είναι τόσο ισχυρό όσο ο χάλυβας αλλά ζυγίζει σχεδόν το μισό. Αυτές οι ιδιότητες από μόνες το καθιστούν ιδανικό υλικό για την αεροδιαστημική βιομηχανία, όπου η αναλογία βάρους/δύναμης είναι κρίσιμη. Το τιτάνιο αναμειγνύεται με άλλα στοιχεία σε συγκεκριμένες αναλογίες για να ενισχύσει περαιτέρω τις ήδη εξαιρετικές του ιδιότητες.
Ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κράματα με βάση το τιτάνιο είναι το κράμα Ti-6Al-4V. Εκτός από τιτάνιο, περιέχει επίσης αλουμίνιο και βανάδιο και χρησιμοποιείται κυρίως σε πλαίσια πιλοτηρίου, κουτιά φτερών και δομές συνδετήρων σε εμπορικά αεροσκάφη. Το κράμα παρουσιάζει μια καλή ισορροπία ιδιοτήτων όπως αντοχή, ολκιμότητα, ανθεκτικότητα σε θραύση, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, ιδιότητες ερπυσμού, συγκολλησιμότητα, δυνατότητα επεξεργασίας και εργασιμότητα εν θερμώ. Το κράμα Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo είναι ένα ανθεκτικό στη θερμότητα κράμα που αναπτύχθηκε στο δεύτερο μισό της δεκαετίας του 1960. Η θερμοκρασία αντοχής του στη θερμότητα είναι περίπου 450 μοίρες. Αυτό το κράμα χρησιμοποιείται συνήθως σε δίσκους συμπιεστών όπου οι 500 βαθμοί είναι το ανώτερο όριο θερμοκρασίας. Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Το κράμα Mo, που μερικές φορές ονομάζεται κράμα "Ti17", είναι ένα κράμα που αναπτύχθηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες Δεκαετία του 1970 που έχει υψηλή αντοχή και εξαιρετική αντοχή στη θραύση. Η θερμοκρασία αντοχής του στη θερμότητα είναι περίπου 350 μοίρες. Στους κινητήρες των εμπορικών αεροσκαφών, ο ανεμιστήρας και ο άξονας κατασκευάζονται σε ένα κομμάτι για μείωση του βάρους του κινητήρα. Το κράμα Ti{19}}V-2Fe-3Το κράμα Al έχει εξαιρετική σκληρυνσιμότητα, υψηλή αντοχή και υψηλή αντοχή σε κόπωση και χρησιμοποιείται κυρίως για εξοπλισμό προσγείωσης.
Εκτός από τα κράματα με βάση το τιτάνιο, τα σιδηροκράματα είναι μια άλλη κατηγορία κραμάτων που χρησιμοποιούνται συνήθως σε μια ποικιλία βιομηχανιών, συμπεριλαμβανομένης της αεροδιαστημικής και της στρατιωτικής βιομηχανίας. Ουσιαστικά, τα σιδηροκράματα είναι κράματα που αποτελούνται κυρίως από σίδηρο. Μερικά από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κράματα με βάση το σίδηρο είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας, ο χυτοσίδηρος και ο χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα. Τα κράματα σιδήρου γενικά παρουσιάζουν καλή ισορροπία ιδιοτήτων, συμπεριλαμβανομένης της αντοχής στη θερμότητα και στη διάβρωση, την ανθεκτικότητα, την αντοχή και τη θερμοελαστικότητα. Αν και δεν παρουσιάζουν τις ακραίες ιδιότητες των υπερκραμάτων με βάση το τιτάνιο ή άλλων κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας, η ευκολία σύνθεσης και η οικονομική τους απόδοση τα καθιστούν ανεκτίμητα.
Μια άλλη σημαντική κατηγορία κραμάτων για την αεροδιαστημική και τη στρατιωτική βιομηχανία είναι τα κράματα αλουμινίου. Η αναλογία βάρους προς αντοχή του ακατέργαστου αλουμινίου είναι ήδη εντυπωσιακή από μόνη της. Η προσθήκη στοιχείων κράματος όπως ο χαλκός, το μαγνήσιο, το μαγγάνιο, το πυρίτιο, ο κασσίτερος, το νικέλιο και ο ψευδάργυρος ενισχύει αυτές τις ιδιότητες, καθιστώντας τα κράματα αλουμινίου ιδανικά για στρατιωτικές και αεροδιαστημικές εφαρμογές. Η σειρά κραμάτων αλουμινίου 7xxx είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα σε αεροδιαστημικές εφαρμογές. Το κύριο στοιχείο κράματος στη σειρά 7xxx είναι ο ψευδάργυρος, καθιστώντας αυτήν την κατηγορία τα ισχυρότερα κράματα αλουμινίου. Τα κράματα της σειράς 7xxx έχουν αντοχές διαρροής πάνω από 500 MPa. Τα πιο κοινά κράματα 7xxx είναι τα Al-Zn-Mg-Cu και Al-Li-Cu-Mg.
