Eigenschaften, Noten und Anwendungen von Titanien

Im Allgemeinen β-Phase Titan ist die duktilere Phase, während die α-Phase aufgrund der höheren Anzahl von Schlupfebenen in der BCC-Struktur der β-Phase im Vergleich zur HCP-α-Phase stärker, aber weniger duktil ist. α-β-Phase-Titanium weist dazwischen mechanische Eigenschaften auf.Titandioxid löst sich in Metallen bei hohen Temperaturen auf und seine Bildung ist sehr dynamisch. Diese beiden Faktoren bedeuten, dass alle außer dem am meisten sorgfältig gereinigten Titan eine signifikante Menge an gelöstem Sauerstoff enthalten und daher als TI-O-Legierung angesehen werden können. (wie oben), reagieren Sie jedoch nicht gut auf die Wärmebehandlung und können die Zähigkeit der Legierung erheblich verringern.Viele Legierungen enthalten auch Titan als kleines Additiv, aber da Legierungen normalerweise nach den Elementen klassifiziert werden, aus denen der Großteil des Materials besteht, werden sie normalerweise nicht als "Titanlegierungen" betrachtet.

Titan allein ist ein starkes Lichtmetall. Es ist stärker als gewöhnlicher Weichstahl, wiegt jedoch 45% weniger. Es ist auch doppelt so stark wie schwächere Aluminiumlegierungen, aber nur 60% schwerer. Titanium hat eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegen Meerwasser, so dass es verwendet wird In Propellerwellen, Takeling und anderen Teilen von Booten, die Meerwasser ausgesetzt sind. Titan und seine Legierungen werden in Flugzeugen, Raketen und Raketen verwendet, bei denen das Festigkeitsgewicht und die Hochtemperaturfestigkeit wichtig sind. Zusätzlich, da Titan nicht im menschlichen Körper reagiert, können Titan und seine Legierungen in künstlichen Gelenken, Schrauben, Platten verwendet werden für Frakturen und andere biologische Implantate.

Titannoten

Der ASTM International Standard für nahtlosen Schläuchen für Titan- und Titanlegierungen zitiert die folgenden Legierungen und erfordert die folgenden Behandlungen:

"Legierungen können wie folgt geliefert werden: Klassen 5, 23, 24, 25, 29, 35 oder 36 geglüht oder gealtert; Klassen 9, 18, 28 oder 38 Kälte und Stress entlastet oder geglüht; Klasse 9, 18,, 23, 28 oder 29 Beta -Transformationsbedingungen und 19, 20 oder 21 Klassen der Lösungsbehandlung oder Lösungsbehandlung und -alterung. "

"Anmerkung 1 - Klassen -H -Materialien sind identisch mit den entsprechenden numerischen Noten (d. H. Klasse 2H = Klasse 2), mit Ausnahme einer höher garantierten Mindest -UTS, und kann immer nachgewiesen werden, dass sie den Anforderungen ihrer entsprechenden numerischen Noten entsprechen.Class 2H , 7h, 16h und 26h werden hauptsächlich in Druckbehältern verwendet. ""Klasse H wurde auf Anfrage von Benutzerverbänden hinzugefügt, basierend auf einer Studie mit mehr als 5.200 kommerziellen Klasse 2, 7, 16 und 26 Testberichten, von denen mehr als 99% eine Mindest -UTS von 58 KSI erfüllten. "

Level 1

Es ist die duktilste und weichste Titanlegierung. Es ist eine gute Lösung für die kalte Formungs- und korrosive Umgebungen. Austm/ASME SB-265 bietet Standards für kommerziell reines Titanblatt und Platte.

2. Klasse

Reines Titan, Standard -Sauerstoff.

2H -Ebene

Unlegiertes Titan (Grad 2, Mindest UTS 58 KSI).

Dritte Klasse

Unlegiertes Titan, mittlerer Sauerstoff.

Die Klassen 1-4 werden nicht adloyiert und als kommerziell rein oder "cp " angesehen. Typischerweise steigen die Zug- und Ertragsstärke dieser "reinen" Grade mit dem Grad. Der Unterschied in ihren physikalischen Eigenschaften ist hauptsächlich auf die Menge von zurückzuführen Interstitielle Elemente. Sie werden in korrosionsbeständigen Anwendungen verwendet, bei denen Kosten, einfache Herstellung und Schweißen wichtig sind.Grad 5 ist auch als Ti6al4V, Ti-6Al-4V oder Ti 6-4 bekannt.Nicht zu verwechseln mit Ti-6Al-4V-ELI (Grad 23), der am häufigsten verwendeten Legierung. Die chemische Zusammensetzung ist 6% Aluminium, 4% Vanadium, 0,25% (maximal) Eisen, 0,2% (maximal) Sauerstoff und das Balance Titanium. Es ist viel stärker als kommerziell reines Titan (Klassen 1-4), während die gleiche Steifheit und die gleichen thermischen Eigenschaften (ohne thermische Leitfähigkeit, Grad 5 TI etwa 60% niedriger ist als CP Ti). Vorteile, es ist hitzebehandelbar. Diese Grad ist eine hervorragende Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit.Diese Alpha-Beta-Legierung ist die Arbeitspferdlegierung der Titanindustrie Die am häufigsten verwendete Legierung-mehr als 70% der geschmolzenen Legierungsgrades sind Untergrades von Ti6Al4V. Die Verwendung umfasst viele Gebrauchszahlen und Motorkomponenten, insbesondere die wichtigsten nicht-aerospace-Anwendungen in der Marine-, Offshore- und Stromerzeugungsindustrie. ". "Anwendungen: Klingen, Scheiben, Ringe, Rumpf, Befestigungselemente, Komponenten.Typischerweise wird Ti-6Al-4V für Anwendungen bis zu 400 Grad Celsius verwendet. Es hat eine Dichte von ca. 4420 kg/m3, einem jungen Modul von 120 gpa und eine Zugfestigkeit von 1000 MPa. Eine Dichte von 8000 kg/m3, ein Modul von 193 GPa und eine Zugfestigkeit von 570 MPa. Die temperierte 6061 Aluminiumlegierung hat eine Dichte von 2700 kg/m3, einen Modul von 69 GPa und eine Zugfestigkeit von 310 MPa.

Zu den Ti-6Al-4V-Standardspezifikationen gehören:

AMS: 4911, 4928, 4965, 4967, 6930, 6931, T-9046, T9047

ASTM: B265, B348, F1472

Militär: T9046 T9047

Direktes Zifferblatt: 1592, 1570

6. Klasse

Enthält 5% Aluminium und 2,5% Zinn. Es ist auch als Ti-5al-2.5SN bekannt. Diese Legierung wird aufgrund ihrer guten Schweißbarkeit, Stabilität und Festigkeit bei hohen Temperaturen in Flugzeugzellen und Strahlmotoren verwendet.

Siebte Klasse

Enthält 0,12 bis 0,25% Palladium. Dieser Niveau ähnelt Level 2. Die geringe Menge an zugesetztem Palladium macht es resistenter gegen Spaltkorrosion bei niedriger Temperatur und hohem pH -Wert.

7h Klasse

Wie Grad 7 mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit.

Neunte Klasse

Enthält 3,0% Aluminium und 2,5% Vanadium. Dieser Grad ist ein Kompromiss zwischen der Leichtigkeit des Schweißens und der Herstellung von "reinen" Noten und der hohen Festigkeit von Klasse 5. Es wird üblicherweise im Flugzeugrohr für Hydrauliksysteme und Sportgeräte verwendet.

Klasse 11

Enthält 0,12 bis 0,25% Palladium. Dieser Grad hat eine verstärkte Korrosionsbeständigkeit.

12. Klasse

Enthält 0,3% Molybdän und 0,8% Nickel.

Klassen 13, 14 und 15

Beide enthalten 0,5% Nickel und 0,05% Ruthenium.

Klasse 16

Enthält 0,04 bis 0,08% Palladium. Dieser Grad hat eine verstärkte Korrosionsbeständigkeit.

16H Klasse

Enthält 0,04 bis 0,08% Palladium.

Klasse 17

Enthält 0,04 bis 0,08% Palladium. Dieser Grad hat eine verstärkte Korrosionsbeständigkeit.

Klasse 18

Enthält 3% Aluminium, 2,5% Vanadium und 0,04 bis 0,08% Palladium. Dieser Grad ist in Bezug auf mechanische Eigenschaften mit Grad 9 identisch. Das zugesetzte Palladium macht es korrosionsbeständiger.

Klasse 19

Enthält 3% Aluminium, 8% Vanadium, 6% Chrom, 4% Zirkonium und 4% Molybdän.

20. Klasse

Enthält 3% Aluminium, 8% Vanadium, 6% Chrom, 4% Zirkonium, 4% Molybdän und 0,04% bis 0,08% Palladium.

Klasse 21

Enthält 15% Molybdän, 3% Aluminium, 2,7% Niob und 0,25% Silizium.

Grad 23 ist auch als Ti-6Al-4V-ELI oder TAV-ELI bekannt

Enthält 6% Aluminium, 4% Vanadium, 0,13% (maximal) Sauerstoff. Die Verringerung der interstitiellen Elemente Sauerstoff und Eisen erhöht die Duktilität und die Frakturzähigkeit und verringert die Festigkeit. TAV-ELI ist die am häufigsten verwendete Titanlegierung von medizinischer Implantatgrößen.

Ti-6Al-4V-ELI-Standardspezifikationen umfassen:

AMS: 4907, 4930, 6932, T9046, T9047

ASTM: B265, B348, F136

Militär: T9046 T9047

Klasse 24

Enthält 6% Aluminium, 4% Vanadium und 0,04% bis 0,08% Palladium.

Klasse 25

Enthält 6% Aluminium, 4% Vanadium, 0,3% bis 0,8% Nickel und 0,04% bis 0,08% Palladium.

Klassen 26, 26h und 27

Beide enthalten 0,08 bis 0,14% Ruthenium.

Klasse 28

Enthält 3% Aluminium, 2,5% Vanadium und 0,08 bis 0,14% Ruthenium.

Klasse 29

Enthält 6% Aluminium, 4% Vanadium und 0,08 bis 0,14% Ruthenium.

Klassen 30 und 31

Enthält 0,3% Kobalt und 0,05% Palladium.

Klasse 32

Enthält 5% Aluminium, 1% Zinn, 1% Zirkonium, 1% Vanadium und 0,8% Molybdän.

Klassen 33 und 34

Enthält 0,4% Nickel, 0,015% Palladium, 0,025% Ruthenium und 0,15% Chrom. [Zitat benötigt]

Klasse 35

Enthält 4,5% Aluminium, 2% Molybdän, 1,6% Vanadium, 0,5% Eisen und 0,3% Silizium.

Klasse 36

Enthält 45% Niob.

Klasse 37

Enthält 1,5% Aluminium.

Klasse 38

Enthält 4% Aluminium, 2,5% Vanadium und 1,5% Eisen. Dieser Grad wurde in den 1990er Jahren als Panzerplattierung entwickelt. Iron reduziert die Menge an Vanadium, die als Beta -Stabilisator benötigt wird. Hat eine gute kalte Verarbeitbarkeit ähnlich wie die 9. Klasse.

Wärmebehandlung

Titanlegierungen werden aus einer Reihe von Gründen hitzebehandelt, vor allem, um die Festigkeit durch Lösungsbehandlung und -alterung zu erhöhen und spezielle Eigenschaften wie Frakturzähigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Kriechstärke mit hoher Temperatur zu optimieren.Alpha- und Near-Alpha-Legierungen können durch Wärmebehandlung nicht signifikant verändert werden. Legierungen können nicht nur Stress erleichtert oder geglüht sein, sondern auch mit Lösung behandelt und gealtert. Alpha-Beta-Legierungen sind zweiphasige Legierungen, die sowohl Alpha- als auch Beta-Phasen bei Raumtemperatur enthalten. Die Phasenzusammensetzung, Größe und Verteilung in α-β-Legierungen kann durch Wärmebehandlung innerhalb bestimmter Grenzen kontrolliert werden, wodurch die Anpassung von Eigenschaften angepasst werden kann.

Alpha und in der Nähe von Alpha -Legierungen

Die Mikrostruktur von α-Alloys kann nicht durch Wärmebehandlung stark kontrolliert werden, da α-Alloys keine signifikante Phasentransformation durchlaufen erleichtert und geglüht.

α-β-Legierung

Große mikrostrukturelle Veränderungen können durch Bearbeitung und Wärmebehandlung von Alpha-Beta-Legierungen unter oder über der Alpha-Beta-Transformationstemperatur erreicht werden. Dies kann das Material erheblich härten. Lösungsbehandlung plus Alterung wird verwendet, um die maximale Festigkeit bei Alpha-Beta-Legierungen zu entwickeln. Zusätzlich wurden andere Wärmebehandlungen an dieser Gruppe von Titanlegierungen durchgeführt, einschließlich der Behandlung mit Stressabbau.

Beta -Legierungen

Bei kommerziellen Beta -Legierungen können Stressabbau und alternde Behandlungen kombiniert werden.

Anwendung

Luft- und Raumfahrtstruktur

Titan wird häufig in der Luft- und Raumfahrt aufgrund seiner Korrosion und Wärmefestigkeit und hoher Festigkeit zu Gewicht verwendet. Titanlegierungen sind im Allgemeinen stärker als Aluminiumlegierungen, während sie leichter sind als Stahl.

Biomedizinische Wissenschaft

Titanlegierungen wurden häufig bei der Herstellung von orthopädischen Ersatztätigkeiten und Knochenplattenoperationen verwendet. von Material während der Verarbeitung in die endgültige Form des Produkts, während für Gussproben die endgültige Form der Produktgrenze in gewissem Maße die weitere Verarbeitung und Verarbeitung (z. Methoden sind auch materieller effizienter, aber das Erhalten eines vollständig dichten Produkts kann ein häufiges Problem sein.Mit dem Aufkommen der festen Freeform Manufacturing (3D-Druck) ist die Möglichkeit, maßgeschneiderte biomedizinische Implantate wie Hüftgelenke zu produzieren (aus dem Herstellungsprozess) und erleichtert die selektive Anpassung der gewünschten Eigenschaften und verbessert damit die Implantatleistung Das Produkt, zum Beispiel die schnelle Kühlrate in SLM in Kombination mit dem niedrigen Schmelzgrad führt zur vorherrschenden Bildung der martensitischen α-Major-Phase, was zu einem sehr harten Produkt führt.

Ti-6Al-4V / Ti-6Al-4V-ELI

Die Legierung hat eine gute Biokompatibilität, Nicht-Zytotoxizität und Genotoxizität.

Biokompatibilität: Ausgezeichnet, insbesondere wenn direkter Kontakt mit Gewebe oder Knochen erforderlich ist. Die schlechte Scherfestigkeit von Ti-6Al-4V macht es für die Verwendung in Knochenschrauben oder Platten ungeeignet. Es hat auch schlechte Oberflächenbeschwerden und neigt dazu, beim Gleiten zu erfassen Der Kontakt mit sich selbst und anderen Metallen. Oberflächenbehandlungen wie Nitriding und Oxidation können die Eigenschaften des Oberflächenverschleißes verbessern.

Ti-6al-7nb

Diese Legierung wurde als biomedizinische Alternative zu Ti-6Al-4V entwickelt, da Ti-6Al-4V Vanadium enthält, ein Element, das beim isolierten Isolieren eine Zytotoxizität aufweist: 1 Ti-6Al-7NB enthält 6 % Aluminium und 7 % Niob.Ti6al7NB ist eine spezialisierte hochfeste Titanlegierung mit hervorragender Biokompatibilität für die Verwendung in chirurgischen Implantaten. Es wird für den Hüftersatz verwendet und frühzeitig in der klinischen Praxis eingegeben.