Какво е титанова стомана?

Стомана, която съдържа комбинация от титан и допълнителни легиращи елементи като никел, молибден, хром, алуминий, ванадий, мед и въглерод, се нарича титанова стомана, известна също като стомана от титанова сплав. Физическите и механични качества на стоманата, като здравина, твърдост, якост на счупване и устойчивост на пълзене при висока температура, могат да бъдат подобрени чрез добавяне на титан като легиращ елемент.

От какво е направена титанова стомана?

Основният метал втитанова стоманае желязо, което образува основната матрица на сплавта. Количеството желязо варира, но обикновено е около 85-95 процента от теглото. Добавя се титан до около 5-15 процента, за да придаде полезни свойства. Други легиращи елементи като никел, молибден, хром, ванадий, мед, алуминий и въглерод също могат да бъдат добавени в малки количества за по-нататъшно регулиране на свойствата и характеристиките на стоманата.

Производството на титанова стомана започва с топенето на желязото и другите метали заедно в електродъгова пещ или индукционна пещ. След това стопеният метал се рафинира и се добавят легиращи елементи като титан, никел, хром, молибден в точни количества. След това сместа се отлива в слитъци или непрекъснато се отлива в заготовки за по-нататъшна обработка. След това стоманата преминава горещо валцуване, топлинна обработка и студена обработка, за да се получи крайният продукт от титанова стомана.

За какво се използва титанова стомана?

Титановата стомана намира приложение в голямо разнообразие от критични приложения, където се изисква висока якост, ниско тегло и добра устойчивост на корозия. Някои от основните приложения на титанови стомани са:

Аерокосмическа индустрия: Използва се в структурни части на самолети като крила, фюзелажи, колесници, където здравината и ниското тегло са критични. Високата специфична якост на титановата стомана спомага за максимизиране на капацитета на полезен товар и горивната ефективност.

Индустриални приложения: Използва се в парни и газови турбини за производство на електроенергия. Силата при висока температура позволява на компоненти като остриета, дискове, корпуси да издържат на екстремни среди. Използва се и в топлообменници и кондензатори в електроцентрали.

Автомобилна индустрия: Използва се в части като свързващи пръти, колянови валове, пружини, крепежни елементи, изпускателни компоненти, където се изисква якост при повишени температури. Високата якост на умора е ценна.

Химическа преработвателна промишленост: Поради добрата устойчивост на корозия титановите стомани се използват в химически реактори, топлообменници, клапани, помпи за работа с корозивни среди.

Биомедицински импланти: Биосъвместимостта и устойчивостта на корозия позволяват използване в хирургически импланти като тазобедрени и коленни стави, костни пластини, винтове.

Спортни стоки: Стикове за голф, рамки за велосипеди и джанти се възползват от високото съотношение на якост към тегло и устойчивост на умора.

Оборудване за обработка на храни: С добра устойчивост на корозия титановите стомани се представят добре в прибори за хранене, съдове под налягане, котли за обработка на храни.

Добро качество ли е титановата стомана?

Да, титановата стомана се счита за висококачествен инженерен материал поради следните благоприятни свойства:

Висока якост на опън - титановите стомани обикновено имат якост на опън, варираща от 700 MPa до 1300 MPa, значително по-висока от конвенционалните стомани. Това позволява проектиране на леки компоненти.

Добра пластичност - Въпреки високата якост, титановата стомана запазва прилична пластичност, за да се избегне преждевременна повреда при напрежение. Стойностите на удължението варират от 10-25 процента в повечето титанови сплави.

Отлична якост на умора - Устойчивостта на циклично напрежение на титановите стомани надвишава другите легирани стомани, което ги прави идеални за динамични приложения.

Изключителна устойчивост на корозия - Титанът значително повишава устойчивостта на корозия поради своята огнеупорна природа. Това позволява употреба в тежки условия.

Якост при висока температура - Титановите стомани поддържат своята здравина и устойчивост на пълзене при температури до 600 градуса, което позволява приложения при висока температура.

Ниско топлинно разширение - Коефициентът на топлинно разширение е почти половината от стоманите, намалявайки изкривяването и термичната умора.

Немагнитни - добавянето на титан произвежда сплав, която е немагнитна, която е полезна в определени критични приложения.

Първокласното качество и производителност на титановите стомани идват на по-висока цена. Въпреки това, когато се вземе предвид жизнения цикъл на продукта, превъзходните свойства обикновено оправдават по-високата първоначална цена.

Титановата стомана същата ли е като неръждаемата стомана?

Не, титановата стомана и неръждаемата стомана са напълно различни материали по отношение на състав, свойства и приложения. Основните разлики са:

Състав: Неръждаемите стомани съдържат високи нива на хром (10-20 процента) и никел (8-20 процента) заедно със стоманата.Титанстоманите съдържат титан като основен легиращ елемент с минимални количества хром и никел.

Свойства: Неръждаемите стомани получават своята здравина от високо съдържание на хром и последваща топлинна обработка. Титановите стомани получават своята здравина от титана, действащ като усилвател на твърд разтвор в желязната матрица.

Устойчивост на корозия: Неръждаемите стомани зависят основно от слоя хромен оксид за устойчивост на корозия. Титановата стомана разчита на инертността на титана за устойчивост на корозия.

Якост при висока температура: Титановите стомани запазват здравина и устойчивост на пълзене до 600 градуса. Неръждаемите стомани не могат да работят над 300-400 градуса поради утаяване на крехки фази.

Магнитна пропускливост: Неръждаемите стомани са феромагнитни поради желязото и хрома. Титановите стомани са немагнитни.

Цена: Титанът е по-скъп от хрома и никела. Така че титановите стомани струват повече от неръждаемите стомани.

Приложения: Въпреки че има известно припокриване, титаниеви стомани обикновено се използват, когато по-високото съотношение на якост към тегло, устойчивост на умора или висока температура е от решаващо значение. Неръждаемите стомани намират по-широко приложение за общи приложения срещу корозия.

В обобщение, титановите и неръждаемите стомани имат напълно различни състави, пригодени за развиване на определени свойства и приложения. Титановите стомани предлагат превъзходно съотношение якост към тегло, но на по-висока цена. Неръждаемите стомани осигуряват отлична устойчивост на корозия на по-ниска цена. Изборът зависи от специфичните изисквания на приложението.

Препратки:

Дейвис, JR (1993). Сплавяване: Разбиране на основите. ASM International.

Lütjering, G. (2003). Титан (Инженерни материали и процеси). Springer Science & Business Media.

Polmear, IJ (2005). Леки сплави: Металургия на леките метали. Бътъруърт-Хайнеман.

Доначи, MJ (2000). Титан: Техническо ръководство. ASM International.

Баучио, М. (1993). ASM Metals Справочник. ASM International.

Балдев Радж, TS, Джаякумар Т. (2011). Корозионно поведение на титанови сплави. в Bhadeshia HKDH, Honeycombe RWK (eds) Steels. Шпрингер, Берлин, Хайделберг.