Conhecimento básico de titanio

O titanio é um importante metal estrutural desenvolvido na década de 1950. As ligas de titanio s?o amplamente utilizadas em vários campos devido à sua alta resistência específica, boa resistência à corros?o e alta resistência ao calor. Muitos países do mundo reconheceram a importancia dos materiais de liga de titanio e os estudaram e desenvolveram sucessivamente, e obtiveram aplica??o prática. O titanio é o quarto elemento B da tabela periódica. Parece a?o e tem um ponto de fus?o de 1 672 C. é um metal refratário. O titanio é abundante na crosta, muito mais alto que os metais comuns, como Cu, Zn, Sn e Pb. Os recursos de titanio na China s?o extremamente abundantes. Somente na magnetita de vanádio-titanio superdimensionada descoberta na área de Panzhihua, província de Sichuan, as reservas de titanio associadas totalizam cerca de 420 milh?es de toneladas, o que é próximo ao total de reservas provadas de titanio no exterior. As ligas de titanio podem ser divididas em ligas resistentes ao calor, ligas de alta resistência, ligas resistentes à corros?o (ligas Ti-Mo, Ti-Pd, etc.), ligas de baixa temperatura e ligas funcionais especiais (materiais de armazenamento de hidrogênio Ti-Fe e memória Ti-Ni ligas).

Elementos da liga de titanio

As ligas de titanio s?o ligas à base de titanio e adicionadas com outros elementos. O titanio possui dois tipos de cristais heterogêneos homogêneos: alfa-titanio com estrutura hexagonal densa abaixo de 882 C e beta-titanio com estrutura cúbica centrada no corpo acima de 882 C. Os elementos de liga podem ser divididos em três categorias de acordo com sua influência na temperatura de transforma??o de fase: 1. Os elementos que estabilizam a fase alfa e aumentam a temperatura de transforma??o da fase s?o elementos estáveis alfa, incluindo alumínio, carbono, oxigênio e nitrogênio. Entre eles, o alumínio é o principal elemento de liga de titanio. Tem um efeito óbvio na melhoria da resistência à temperatura ambiente e alta temperatura, reduzindo a gravidade específica e aumentando o módulo elástico da liga. (2) A fase beta estável e a temperatura de transi??o de fase decrescente s?o elementos estáveis beta, que podem ser divididos em dois tipos: isomórfico e eutectoide. O primeiro inclui molibdênio, nióbio e vanádio, enquanto o último inclui cromo, manganês, cobre, ferro e silício. (3) Elementos neutros, como zirc?nio e estanho, têm pouco efeito na temperatura de transi??o de fase.

Oxigênio, nitrogênio, carbono e hidrogênio s?o as principais impurezas das ligas de titanio. O oxigênio e o nitrogênio têm maior solubilidade na fase alfa, que tem um efeito significativo de fortalecimento na liga de titanio, mas reduz sua plasticidade. O teor de oxigênio e nitrogênio no titanio é geralmente estipulado como abaixo de 0,15-0,2% e 0,04-0,05%, respectivamente. A solubilidade do hidrogênio na fase alfa é muito pequena. O excesso de hidrogênio dissolvido na liga de titanio produzirá hidreto, o que torna a liga quebradi?a. Normalmente, o teor de hidrogênio nas ligas de titanio é controlado abaixo de 0,015%. A dissolu??o do hidrogênio em titanio é reversível.

classifica??o

O titanio é um is?mero com um ponto de fus?o de 1720 (?) C e uma estrutura de treli?a hexagonal densa a temperaturas abaixo de 882 (?), Que é chamado de alfa-titanio, e uma estrutura de treli?a cúbica centrada no corpo a temperaturas acima de 882 (?) C , que é chamado beta-titanio. Ligas de titanio com diferentes microestruturas podem ser obtidas adicionando elementos de liga apropriados para alterar gradualmente a temperatura de transforma??o de fase e o conteúdo da fase. As ligas de titanio têm três tipos de estruturas matriciais à temperatura ambiente. As ligas de titanio também podem ser divididas em três categorias: ligas alfa, ligas (alfa + beta) e ligas beta. A China é representada por TA, TC e TB, respectivamente.

Liga de titanio alfa

é uma liga monofásica que consiste em solu??o sólida de fase alfa. é fase alfa tanto na temperatura geral quanto na temperatura de aplica??o prática mais alta. Possui estrutura estável, maior resistência ao desgaste e forte resistência à oxida??o do que o titanio puro. Sua for?a e resistência à fluência s?o mantidas a temperaturas de 500 600 C, mas n?o podem ser refor?adas por tratamento térmico, e sua for?a à temperatura ambiente n?o é alta.

Liga de titanio beta

é uma liga monofásica composta de solu??o sólida em fase beta. Possui alta resistência sem tratamento térmico. Após a têmpera e o envelhecimento, a liga é refor?ada e sua resistência à temperatura ambiente pode chegar a 1372-1666 MPa. No entanto, sua estabilidade térmica é baixa e n?o é adequada para uso em alta temperatura.

Liga de titanio alfa + beta

é uma liga bifásica com boas propriedades abrangentes, boa estabilidade estrutural, boa tenacidade, plasticidade e propriedades de deforma??o a alta temperatura. Pode ser processado sob press?o quente e fortalecido por resfriamento e envelhecimento. Após o tratamento térmico, a resistência aumenta em 50%-100% em compara??o com o estado de recozimento, e a resistência à alta temperatura pode funcionar por um longo tempo na temperatura de 400 500 e sua estabilidade térmica é inferior à da liga de titanio alfa.

Entre os três tipos de ligas de titanio, a liga alfa-titanio e a liga alfa + beta-titanio s?o mais comumente usadas; A liga alfa-titanio possui a melhor usinabilidade, seguida pela liga alfa + beta-titanio e liga beta-titanio. Código da liga alfa-titanio TA, código da liga beta-titanio TB, código da liga alfa + beta-titanio TC.

Aplica??o de liga de titanio

As ligas de titanio podem ser divididas em ligas resistentes ao calor, ligas de alta resistência, ligas resistentes à corros?o (ligas Ti-Mo, Ti-Pd, etc.), ligas de baixa temperatura e ligas funcionais especiais (materiais de armazenamento de hidrogênio Ti-Fe e memória Ti-Ni ligas). A composi??o e as propriedades das ligas típicas s?o mostradas na tabela.

Diferentes composi??es e estruturas de fases podem ser obtidas ajustando o processo de tratamento térmico. Geralmente, acredita-se que a estrutura equiaxial fina tenha melhor plasticidade, estabilidade térmica e resistência à fadiga; estrutura acicular tem maior resistência, resistência à fluência e tenacidade à fratura; estrutura mista equiaxial e acicular possui melhores propriedades abrangentes.

As ligas de titanio possuem alta resistência, baixa densidade, boas propriedades mecanicas, boa tenacidade e resistência à corros?o. Além disso, a liga de titanio apresenta baixo desempenho tecnológico e corte difícil. é fácil absorver impurezas como hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e carbono no trabalho a quente. Também há baixa resistência ao desgaste e processo de produ??o complexo. A produ??o industrializada de titanio come?ou em 1948. Com o desenvolvimento da indústria da avia??o, a indústria de titanio está crescendo a uma taxa média de 8% por ano. Atualmente, a produ??o anual de materiais de processamento de liga de titanio no mundo atingiu mais de 40.000 toneladas e existem quase 30 tipos de tipos de liga de titanio. As ligas de titanio mais usadas s?o Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) e titanio puro industrial (TA1, TA 2 e TA3).

A liga de titanio é usada principalmente na fabrica??o de pe?as de compressores de motores de aeronaves, seguidas por foguetes, mísseis e aeronaves de alta velocidade. Em meados da década de 1960, o titanio e suas ligas foram usados na indústria em geral para fabricar eletrodos na indústria de eletrólise, condensadores em usinas de energia, aquecedores para refino de petróleo e dessaliniza??o da água do mar e dispositivos de controle da polui??o ambiental. O titanio e suas ligas se tornaram um tipo de material estrutural resistente à corros?o. Além disso, também é usado para produzir materiais de armazenamento de hidrogênio e moldar ligas com memória.

O titanio e as ligas de titanio foram estudados em 1956 na China e a produ??o industrializada de materiais de titanio e ligas de TB2 foi desenvolvida em meados da década de 1960.

A liga de titanio é um novo material estrutural importante usado na indústria aeroespacial. Sua gravidade específica, resistência e temperatura de servi?o est?o entre o alumínio e o a?o, mas tem alta resistência específica e excelente resistência à corros?o da água do mar e desempenho em temperatura ultrabaixa. Em 1950, os EUA usaram pela primeira vez o ca?a-bombardeiro F-84 como componentes sem carga, como a placa de isolamento térmico da fuselagem traseira, o cap? da guia de ar e o cap? da cauda. Desde a década de 1960, o uso de ligas de titanio mudou da fuselagem traseira para a fuselagem central, substituindo parcialmente o a?o estrutural para fabricar componentes de suporte de carga importantes, como divisórias, vigas, abas e corredi?as. A quantidade de liga de titanio usada em aeronaves militares aumenta rapidamente, atingindo 20%-25% do peso da estrutura da aeronave. As ligas de titanio têm sido amplamente utilizadas em aeronaves civis desde a década de 1970. Por exemplo, a quantidade de titanio usada em aeronaves de passageiros Boeing 747 é superior a 3640 kg. O titanio para aeronaves com número de Mach inferior a 2,5 é usado principalmente para substituir o a?o a fim de reduzir o peso estrutural. Por exemplo, a aeronave de reconhecimento de alta velocidade de alta altitude SR-71 dos Estados Unidos (voando Mach número 3, altitude de voo de 26.212 metros), o titanio foi responsável por 93% do peso estrutural da aeronave, conhecida como aeronave “todo titanio”. Quando a rela??o empuxo-peso do motor aeronáutico aumenta de 4 para 6 para 8 para 10 e a temperatura de saída do compressor aumenta de 200 para 300 graus C para 500 a 600 graus C, o disco e a lamina originais do compressor de baixa press?o s?o feitos de o alumínio deve ser substituído por liga de titanio, ou o disco e a lamina do compressor de alta press?o feitos de liga de titanio em vez de a?o inoxidável, a fim de reduzir o peso estrutural. Na década de 1970, a quantidade de liga de titanio usada em motores aeronáuticos geralmente representava 20%-30% do peso total da estrutura. Foi usado principalmente para fabricar componentes de compressores, como ventiladores de titanio forjado, discos e laminas de compressor, carca?a de compressor de titanio fundido, carca?a intermediária, carca?a de rolamento, etc. para fabricar vários vasos de press?o, tanques de combustível, fixadores, cintas de instrumentos, estruturas e conchas de foguetes. Soldagens de placas de liga de titanio também s?o usadas em satélites terrestres artificiais, módulo lunar, espa?onaves tripuladas e ?nibus espaciais.