El passat, el present i el futur dels aliatges de titani i titani
1. La font del metall de titani
El titani metall va ser descobert per primera vegada per un mineralogista aficionat anomenat Gregor a Anglaterra l'any 1791. El 1795, el químic alemany Klaprus va anomenar aquesta substància metàl·lica desconeguda en honor al déu grec Titans. Traducció xinès-anglès de "titanium". El titani és abundant a la terra. Hi ha més de 140 minerals de titani coneguts, però les aplicacions industrials són principalment ilmenita i rutil. Entre elles, les reserves d'ilmenita de la Xina representen el 28% de les reserves mundials, ocupant el primer lloc del món.
El titani és un element no tòxic reconegut al món, però els seus costos d'extracció i producció són elevats i cars. A causa d'una sèrie de qualificacions com ara resistència a alta i baixa temperatura, resistència forta àcid i àlcali, alta resistència i baixa densitat, s'ha convertit en un material especial per al mateix coet i satèl·lit de la NASA, i també s'ha utilitzat en súper projectes com ara el portaavions Yutu, J-20 i Shandong del meu país. Després d'entrar en l'àmbit civil a la dècada de 1980, s'ha convertit en el "Rei del metall honorari" de la indústria dels estris d'alimentació a causa de les seves propietats antibacterianes i biòfiles naturals.
la indústria del titani del meu país va començar a la dècada de 1950. A mitjans-1960s, el meu país havia construït plantes de processament de titani d'esponja i titani a Zunyi i Baoji, respectivament, la qual cosa significa que la Xina s'ha convertit en una de les potències industrials del titani del món. Al segle XXI, la indústria del titani del meu país ha entrat en un nou període de desenvolupament accelerat i la seva capacitat de producció de titani es troba entre les primeres del món.
2. La diferència entre titani pur i aliatge de titani
Titani pur:
O anomenat titani pur industrial o titani pur comercial, es classifica segons el contingut d'elements d'impureses. Té un excel·lent rendiment del procés d'estampació i un rendiment de soldadura, és insensible al tractament tèrmic i al tipus d'estructura i té una certa resistència en condicions de plasticitat satisfactòries. La seva força depèn principalment del contingut d'elements intersticials oxigen i nitrogen. Les propietats del titani pur industrial al 99,5% són: densitat P=4.5g/cm3, punt de fusió 1800 graus, conductivitat tèrmica λ{=15.24W/(MK), resistència a la tracció σ b{{8} }MPa, allargament: δ=25% , Reducció de l'àrea ψ{=25%, mòdul elàstic E=1,078×105MPa, duresa HB195.
Aliatge de titani:
L'aliatge de titani és un aliatge format per titani i altres elements. És un metall relativament jove i només té una història de 60 a 70 anys des del seu descobriment. Els materials d'aliatge de titani tenen les característiques de pes lleuger, alta resistència, baixa elasticitat, resistència a alta temperatura i resistència a la corrosió, i s'utilitzen principalment en motors aerodinàmics, coets, míssils i altres components. El titani té dos tipus de cristalls al·lotròpics; el titani és un isòmer amb un punt de fusió de 1720 graus, i quan és inferior a 882 graus, té una estructura de gelosia cristal·lina hexagonal molt compacta, anomenada titani; per sobre de 882 graus, és una estructura centrada en el cos. L'estructura de gelosia cúbica, anomenada titani B, utilitza les diferents característiques de les dues estructures de titani anteriors i afegeix elements d'aliatge adequats per canviar gradualment la temperatura de transició de fase i el contingut de fase per obtenir aliatges de titani. (aliatges d'itani) amb diferents estructures.
Els elements d'aliatge de titani es poden dividir en tres categories segons la seva influència en la temperatura de transició de fase: ① Els elements que estabilitzen la fase a i augmenten la temperatura de transició de fase són elements estables, com ara alumini, magnesi, oxigen i nitrogen. Entre ells, l'alumini és el principal element d'aliatge de l'aliatge de titani, que té efectes evidents en la millora de la resistència de l'aliatge a temperatura ambient i alta temperatura, reduint la gravetat específica i augmentant el mòdul elàstic. ② Els elements que estabilitzen la fase B i redueixen la temperatura de transició de fase són elements B estables. També es pot dividir en isocristal i eutectoide. El primer inclou molibdè, niobi, vanadi, etc.; aquest últim inclou crom, manganès, coure, silici, etc. ③ Els elements que tenen poc efecte sobre la temperatura de transició de fase són elements neutres, com el zirconi i l'estany.
TA1 (estàndard americà Gr1)
El titani TA1 (Gr1) és el primer dels quatre graus de titani comercialment pur. És el més suau i mal·leable d'aquests graus. Té la màxima conformabilitat, una excel·lent resistència a la corrosió i una alta tenacitat a l'impacte. El grau TA1 és el material escollit per a qualsevol aplicació que requereixi facilitat de conformació i està disponible habitualment com a làmina de titani i tubs de titani.
Grau TA2 (American Standard Gr2).
A causa de la seva diversa disponibilitat i àmplia disponibilitat, el titani de grau TA2 es coneix com el "cavall de batalla" de la indústria comercial del titani pur. Té moltes de les mateixes qualitats que el titani de grau TA1, però és una mica més fort. Tots dos són igualment resistents a la corrosió. Aquest grau té una bona soldabilitat, resistència, ductilitat i conformabilitat. Això fa que la vareta i la placa de titani de grau TA2 siguin la primera opció per a moltes aplicacions a la construcció, generació d'energia, indústries mèdiques i moltes més.
Grau TA3 (American Standard Gr3).
Aquest grau utilitza com a mínim titani pur comercialment, però això no el fa menys valuós. El grau TA3 és més resistent que els graus TA1 i TA2, amb una ductilitat similar i una formabilitat lleugera, però té propietats mecàniques més altes que els seus predecessors. El grau TA3 s'utilitza en aplicacions que requereixen força moderada i resistència a la corrosió primària, com ara aeroespacial, processament químic, indústria marina, etc.
Grau TA4 (American Standard Gr4).
El grau TA4 es considera el més fort dels quatre titani comercialment pur. També és conegut per la seva excel·lent resistència a la corrosió, bona conformabilitat i soldabilitat. S'utilitza en alguns components de la cèl·lula, recipients criogènics, intercanviadors de calor i altres aplicacions que requereixen alta resolució.
Grau TA9 (American Standard Gr7).
El grau TA9 és mecànicament i físicament equivalent al grau TA2, excepte que s'afegeix l'element intersticial pal·ladi per convertir-lo en un aliatge. El grau 7 té una excel·lent soldabilitat i propietats i és el més resistent a la corrosió de tots els aliatges de titani. De fet, és el més resistent a la corrosió dels àcids reductors. El grau TA9 s'utilitza per a processos químics i components d'equips de producció. TA9 té una resistència a la corrosió extremadament forta, especialment en ambients àcids reduïts.
Nota TA9-1 (estàndard americà Gr11).
El grau TA9-1 és molt similar al grau TA1, excepte que s'afegeix una petita quantitat de pal·ladi per millorar la resistència a la corrosió, convertint-lo en un aliatge. Aquesta resistència a la corrosió es pot utilitzar per prevenir la corrosió de les esquerdes i reduir els àcids en ambients de clorur. Altres propietats útils inclouen ductilitat òptima, conformabilitat en fred, resistència útil, resistència a l'impacte i excel·lent soldabilitat. Aquest aliatge es pot utilitzar en les mateixes aplicacions de titani que el grau 1, especialment quan es desitja corrosió.
Ti 6Al-4V (estàndard nacional TC4, estàndard nord-americà Gr5, com ara
Full de titani de grau 5, Placa de titani de grau 5, Barra de titani de grau 5)
Conegut com el "cavall de batalla" dels aliatges de titani és Ti 6Al-4V o titani de grau 5, el més utilitzat de tots els aliatges de titani. Representa el 50% del consum total de titani al món. La seva usabilitat rau en els seus nombrosos beneficis. Ti 6Al-4V es pot tractar tèrmicament per augmentar la seva força. Es pot utilitzar en estructures soldades a temperatures de servei de fins a 600 graus F. Aquest aliatge té una alta resistència per a un pes lleuger, una formabilitat útil i una alta resistència a la corrosió. La disponibilitat de Ti 6AI-4V el converteix en un aliatge òptim per utilitzar-lo en diverses indústries, com ara les indústries aeroespacial, mèdica, marítima i de processament químic. Es pot utilitzar per crear el següent contingut tècnic:
• Turbines d'avions
• Components del motor
• Components estructurals d'aeronaus
• Subjeccions aeroespacials
• Peces automàtiques d'alt rendiment
• Aplicacions marines
• Equipament esportiu
Barra de titani Ti-6AL{-4V ELI (estàndard nacional TC4ELI, estàndard americà Gr23) grau
El grau Ti 6AL-4V ELI o TC4ELI és una forma de puresa més alta de Ti 6Al-4V. Es pot convertir en bobines, filferro trenat, filferro o filferro pla. És la primera opció allà on es requereixi alta resistència, pes lleuger, bona resistència a la corrosió i alta tenacitat. Té una excel·lent tolerància als danys a altres aliatges. Aquests avantatges fan que el grau TC4ELI sigui el grau dental i mèdic definitiu de titani. A causa de la seva biocompatibilitat, bona resistència a la fatiga i baix mòdul, es pot utilitzar en aplicacions biomèdiques com ara components implantables. També es pot utilitzar per a procediments quirúrgics detallats com ara:
• Pins i cargols ortopèdics
• Cables ortopèdics
• Clip de lligadura
• Implantació Quirúrgica
• Aparells d'ortodòncia
• En substitució articular
• recipient criogènic
• Dispositius de fixació òssia
Grau TA10 (estàndard americà Gr12).
El titani de grau TA10 té un grau "Excel·lent" a causa de la seva soldabilitat d'alta qualitat. És un aliatge molt durador que proporciona una gran resistència a altes temperatures. El titani de grau TA10 té propietats similars als acers inoxidables de la sèrie 300. L'aliatge es pot formar en calent o en fred mitjançant la conformació per premsa, l'hidroconformació, l'estirament o la caiguda de pes. La seva capacitat de formar-se de diverses maneres el fa útil en moltes aplicacions. L'alta resistència a la corrosió d'aquest aliatge també el fa inestimable per a aquells equips de fabricació on la corrosió de les esquerdes és una preocupació. El grau TA10 es pot utilitzar en les següents indústries i aplicacions:
• Carcassa i intercanviador de calor
• Aplicació hidrometal·lúrgica
• Fabricació química d'alta temperatura
• Components de mercaderies marítimes i aerolínies
Ti 5Al-2.5Sn
Ti 5Al-2.5Sn és un aliatge no tractable tèrmicament, que pot obtenir una bona soldabilitat i estabilitat. També té estabilitat a alta temperatura, alta resistència, bona resistència a la corrosió i bona resistència a la fluència. Creep es refereix al fenomen de tensió plàstica que es produeix a alta temperatura durant molt de temps. Ti 5Al-2.5Sn s'utilitza principalment en aplicacions d'aeronaus i fustes i aplicacions criogèniques.
