Stopy tytanu

Transkrypt

Stopy tytanu

Stopy tytanu
Stopy tytanu i niklu
1
Tytan i jego stopy
liczba at.
struktura kryst.
ρ, kg⋅⋅m-3
Tt, °C
α, 10-6⋅K-1
λ, W·m-1·K-1
µ, nΩ
Ω·m
E, GPa
Rm, MPa
R0,2, MPa
A, %
Al
Ti
Cu
Ni
13
A1
2700
660
18
247
28,2
78
45
10
50
22
αA3/βA2
4500
1668
8,4
11,4
420
115(α)
235
140
54
29
A1
8930
1085
26
398
16,7
125
209
33
60
28
A1
8900
1453
13,3
82,9
68,4
207
317
59
30
2
Stopy tytanu
⇒ temperatura przemiany Tiα↔Tiβ – 882,5°C
Tiα
Tiβ
(900°C)
c/a = 1,587
3
Stopy tytanu
⇒ podstawowe właściwości tytanu i jego stopów decydujące
o ich zastosowaniu to:
→ duŜa wytrzymałość względna,
→ duŜa odporność na korozję;
Wytrzymałość względna
⇒ metaliczny tytan jest drogi ze względu na duŜe zuŜycie energii
i surowców w procesie otrzymywania;
Stopy tytanu
Stopy niklu
Stopy
aluminium
Stal
Temperatura
4
Pierwiastki stopowe
⇒ stabilizujące fazę α:
→ Al stosowany najczęściej oraz pierwiastki międzywęzłowe
O, N, C,
⇒ stabilizujące fazę β:
→ β-izomorficzne: Mo, V, Ta, Nb,
→ β-eutektoidalne: Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Cu, Si, H;
⇒ neutralne:
→ Sn, Zr
β-izomorficzne
β-eutektoidalne
temperatura
stabilizatory α
zawartość pierwiastka stopowego
5
Fazy w stopach tytanu
⇒ faza α:
→ roztwór stały międzywęzłowy (O, N, C) lub róŜnowęzłowy (Al)
dodatków stopowych w tytanie α
⇒ Aluminium:
→ poprawia stabilność cieplną i zmniejsza gęstość stopu
→ zawartość w przemysłowych, dwufazowych stopach tytanu –
1,6-7,5%; większa zawartość aluminium prowadzi do
wydzielania uporządkowanej fazy międzymetalicznej α2 (Ti3Al)
utrudniającej lub uniemoŜliwiającej przeróbkę plastyczną;
⇒ faza β:
→ roztwór stały międzywęzłowy (H) lub róŜnowęzłowy dodatków
stopowych w tytanie β
6
⇒ faza martenzytyczna α':
→ przesycony roztwór stały pierwiastków w tytanie α
⇒ powstaje:
→ podczas szybkiego chłodzenia z temperatury zakresu
stabilności fazy β
→ w wyniku odkształcenia plastycznego
⇒ przemiana β→α' - podobna do przemiany martenzytycznej w stali
⇒ faza α' róŜni się od martenzytu w stali – jest przesyconym
roztworem róŜnowęzłowym (w stali – międzywęzłowy) dlatego
powoduje mały efekt umocnienia (w porównaniu z
umocnieniem stali w wyniku przemiany austenit→martenzyt)
7
⇒ faza martenzytyczna α'':
→ przesycony roztwór stały pierwiastków w tytanie α (struktura
krystaliczna układu rombowego)
⇒ budowa: płytkowa (iglasta) – charakteryzuje je większa dyspersja
w porównaniu z płytkami fazy α'
⇒ podobna morfologia ziarn faz α' i α'' oraz ciągła zmiana stęŜenia
pierwiastków w obu fazach powodują, Ŝe często obie fazy
rozpatruje się jako jedną fazę martenzytyczną α‘(α'').
8
Budowa fazowa stopów tytanu
⇒ stopy α (i pseudo-α) – tytan techniczny oraz stopy z pierwiastkami
neutralnymi lub stabilizującymi fazę α,
np.: Ti-5Al-2,5Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-5Zr-0,5Mo-0,25Si;
⇒ stopy α+β
β – udział fazy β w temperaturze pokojowej wynosi
od 5 do 40%,
np.: Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Mo-2Cr, Ti-6Al-6Mo-4Zr-2Sn;
⇒ stopy β (i pseudo-β),
np.: Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al;
⇒ maksymalna temperatura stosowania:
450°C – stopy α+β,
600°C – stopy α i pseudo-α
10
Właściwości stopów tytanu
stopy α
stopy α+β
stopy β
gęstość
ciągliwość
wytrzymałość w temp. pok.
odporność na pełzanie
odporność na korozję
odporność na utlenianie
spawalność
odkształcalność na zimno
11
Mikrostruktura stopów tytanu
stop Ti-6Al-4V
równoosiowa (globularna)
płytkowa
powstaje w wyniku
rekrystalizacji
powstaje w wyniku
chłodzenia z temperatury
stabilności fazy β
12
stop Ti-6Al-4V
równoosiowa (globularna)
płytkowa
wytrzymałość
ciągliwość
odporność na pękanie
inicjacja pęknięcia zmęcz.
propagacja pęknięcia zmęcz.
odporność na pełzanie
odporność na utlenianie
13
bi-modalna
14
stop Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo
1°C/min
100°C/min
8000°C/min
15
Zastosowanie stopów tytanu
⇒ przemysł lotniczy,
→ silniki
→ płatowce
→ przemysł
EUR
USA
JAP
37%
33%
30%
42%
38%
20%
90%
16
⇒ górne dźwigary skrzydeł –
Boeing 787
17
⇒ podzespół podwozia samolotu Boeing
777 (element poziomy ze stopu Ti-10-2-3 –
największy z wykonywanych dotychczas
metodą kucia ze stopu typu β)
Ti-10V-2Fe-3Al
18
1%
4% 1%
2%
6%
13%
⇒ płatowiec
18%
B747
7%
A340
8%
65%
81%
4,5%
⇒ silnik
turbinowy
5,5%
Aluminium
Nikiel
36%
39%
15%
Stal
Tytan
Kompozyty
Inne
19
⇒ Lockheed SR-71 Blackbird – 93% masy płatowca
(gł. stop B120VCA – Ti-13V-11Cr-3Al)
20
⇒ przemysł chemiczny – głównie tytan techniczny, który
stanowi 20-30% produkowanych stopów tytanu;
Rm ≈ 240-740 MPa w zaleŜności od zawartości tlenu;
⇒ stopy tytanu są stosowane jako biomateriał np. na protezy
stawu biodrowego, implanty scalające kości oraz
w stomatologii;
21
⇒ sport i rekreacja,
⇒ architektura – np. muzeum Guggenheima w Bilbao;
23
Fazy międzymetaliczne
TiAl
γ
układ tetragonalny
a=0,4005nm
c=0,4070nm
Ti3Al
α2
układ heksagonalny
a=0,5782nm
c=0,4629nm
24
Stopy na osnowie faz międzymetalicznych
⇒ zalety (w porównaniu do tradycyjnych stopów Ti):
→ mniejsza gęstość,
→ większa wytrzymałość na pełzanie,
→ większa odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze;
⇒ wady:
→ mniejsza ciągliwość w temperaturze pokojowej,
→ mniejsza odporność na pękanie,
→ problemy technologiczne;
25
Ti-48Al-2Cr
26
27
Odlewane łopatki turbiny niskiego ciśnienia (Boeing 747)
(GE Aircraft Engines)
28
Stop tytanu + włókna SiC
włókno
osnowa
29
blisk – bladed disk
bling – bladed ring
30
⇒ maksymalną wytrzymałość na rozciąganie uzyskuje się przy
udziale włókien ok. 40%.
Dla kompozytu SiC/IMI 834 w temp. 20°C Rm = 2400MPa.
31

Stopy tytanu

Transkrypt

Podobne dokumenty

Streszczenie w języku polskim

Grant MNiSW 1138/T08/2005/29 ”Kształtowanie właściwości stopu

MEGA, MIKRO I MNIEJSZE

BIOSTYMULATORY NIEZBĘDNE W NOWOCZESNEJ

właściwości tytanu i problem nadwrażliwości na ten metal

Nanotechnologia jest dziś prężnie rozwijającą się

streszczenie - BIOL