Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Slitiny titanu 1.Charakteristika slitin titanu 2.Rozdělení slitin titanu 3.Slitiny pro tváření 4.Slitiny pro odlitky 5.Tepelné zpracování 6.Konstrukční.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Slitiny titanu 1.Charakteristika slitin titanu 2.Rozdělení slitin titanu 3.Slitiny pro tváření 4.Slitiny pro odlitky 5.Tepelné zpracování 6.Konstrukční."— Transkript prezentace:

1 Slitiny titanu 1.Charakteristika slitin titanu 2.Rozdělení slitin titanu 3.Slitiny pro tváření 4.Slitiny pro odlitky 5.Tepelné zpracování 6.Konstrukční data slitny Ti-6Al-4V

2

3 Charakteristika titanu a jeho slitin Čistý titan - 2 modifikace –αTi – do 882 °C, šesterečná mřížka –βTi – 882 až 1668°C, stereocentrická mřížka –S přísadovými prvky tvoří substituční tuhé roztoky α a β Jako konstrukční materiál se používá i technicky čistý titan Základní přednosti –Nižší hustota oproti ocelím ( ρ = 4.55 g/ccm) –Vysoká specifická pevnost při 250 – 500 °C, kde už nelze použít Al, Mg –Vysoká pevnost i při záporných teplotách –Odolnost proti únavovému namáhání (povrch bez vrubů a rýh) –Vynikající korozní odolnost (velmi stabilní vrstva oxidu Ti) –Dobrá tvárnost za studena, u některých slitin superplasticita –Nízká teplotní roztažnost => nízká tepelná napětí

4 Nedostatky titanu –Vysoké výrobní náklady => vysoká cena (~8x vyšší než u Al) –Chemická reaktivita nad 500 °C – intenzivní reakce s O 2, H 2, N 2, s vyzdívkou pecí a materiálem forem => křehké vrstvy, které se musí pracně odstraňovat –Nižší modul pružnosti oproti ocelím ( E = 115 GPa) –Špatné třecí vlastnosti, sklon k zadírání –Špatná obrobitelnost (nízká teplotní vodivost → místní přehřívání, nalepování na nástroj, nad 1200 °C nebezpečí vznícení třísek a Ti prachu) –Problémy při svařování (slučivost s atmosférickými plyny => nutnost svařování v ochranné atmosféře, difúzně, laserem, SE) –Speciální zpracovatelské technologie (tavení a tepelné zpracování ve vakuu nebo ve vysoce čisté inertní atmosféře, výroba tvarových odlitků ve speciálních formách – grafitových nebo keramických s vrstvou pyrouhlíku, izostatické lisování odlitků za tepla - HIP) Přednostní uplatnění slitin titanu –Při pevnostních a teplotních požadavcích, které nesplňují slitiny Al nebo Mg –Při vysokých nárocích na korozní odolnost –Při požadavku vysoké meze kluzu a nižší hustoty než u ocelí –Lopatky a disky kompresorů, nosníky, pásnice, žebra, podvozkové části, tlakové nádoby, potahy do 3M, potrubí… –Rostoucí spotřeba (Boeing 727 – 295 kg, Boeing 747 – 3400 kg)

5 Teplota, °C → Obsah přísadových prvků, % Rovnovážné diagramy titanových slitin α – tuhý roztok v modifikaci α, šesterečná mřížka β – tuhý roztok v modifikaci β, kubická stereocentrická mřížka γ – chemická sloučenina s vysokým obsahem přísadového prvku

6 Rozdělení slitin titanu Přísadové prvky –α – stabilizátory (Al, O, N, C ) – stabilizují tuhý roztok α a rozšiřují jeho oblast –β – stabilizátory - stabilizují tuhý roztok β, snižují teplotu přeměny α-β β stabilizátory eutektoidotvorné (Si, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu), β tuhý roztok se za nízké teploty rozpadá na eutektoid (směs α a γ) β stabilizátory izomorfní (V, Mo, Nb, Ta) –Neutrální prvky (Sn, Zr) – mají malý vliv na přeměnu α-β Části rovnovážných diagramů Ti s různými prvky – stabilizátory (tuhý stav) α α

7 Rozdělení slitin – podle struktury po žíhání, tj. v rovnovážném stavu –α slitiny – struktura tvořena homogenním tuhým roztokem α –pseudo α slitiny (t. r. α + max. 5% t. r. β) –α+β slitiny – struktura tvořena směsí t. r. α a t. r. β –β slitiny – struktura tvořena homogenním tuhým roztokem β –pseudo β slitiny (t. r. β + malé množství t. r. α) –slitiny na bázi intermetalických sloučenin Rozdělení slitin podle použití –slitiny pro tváření –slitiny pro odlitky Označování slitin –podle ČSN EN Tvářený materiál TI-PXXXXX Litý materiál TI-CXXXXX Výrobek práškové metalurgie TI-RXXXXX V číselném znaku první 2 znaky určují hlavní legury (1-Cu, 2-Sn, 3-Mo, 4-V, 5-Zr, 6- Al, 7-Ni, 8-Cr, 9-ostatní) –značkami prvků s jejich středním procentuálním obsahem, např. Ti-6Al-4V

8 Slitiny pro tváření Titan technické čistoty –nízký obsah příměsí (O, H, N) – Rm=250 MPa, Rp0,2=150 MPa, A 5 =50% –vyšší obsah příměsí – pevnost až 550 MPa, tažnost %. –tváření za studena i za tepla, s růstem teploty klesá pevnost i tvárnost –Typické použití – potahy do M=2,5, spojovací části, páky, kryty, protipožární přepážky Slitiny α a pseudo α –hlavní přísadový prvek Al + neutrální prvky, u pseudo α i β stabilizátory –tepelně stabilní, nevytvrditelné, střední pevnost až do 500 °C –odolné proti křehkému porušení za velmi nízkých teplot –dobře svařitelné, tvařitelnost se s růstem obsahu Al zhoršuje –sklon k vodíkové křehkosti Slitiny Ti-Al – součásti do max. 400 °C Slitiny Ti-Al-Sn – Sn zlepšuje technologické vlastnosti, dobrá svařitelnost a odolnost proti únavě (lopatky a skříně kompresorů). Slitiny Ti-Cu – dobrá svařitelnost (pásy a plechy pro potahy) Slitiny Ti-Al-Mn – velmi dobrá tvařitelnost, použití do 350 °C SlitinyTi-Al-Zr-Mo-V – žáropevnost do 600 °C, horší tvařitelnost a svařitelnost

9 Slitiny α+β –obsahují α i β stabilizátory –jsou tepelně vytvrditelné (rozpouštěcí ohřev + ochlazení + umělé stárnutí) → optimální kombinace vlastností, prokalitelnost do ~ 25 mm –přednosti ve srovnání se slitinami α a pseudo α lepší tvařitelnost v žíhaném stavu vyšší pevnost lepší odolnost únavě –nedostatky ve srovnání se slitinami α a pseudo α větší pokles pevnosti s rostoucí teplotou obtížnější svařitelnost Slitiny Ti-Al-V – nejrozšířenější, Al - pevnost a žáropevnost, V – pevnost i tvárnost, v žíhaném i vytvrzeném stavu, obtížné svařování. Použití – potahy, spojovací části, díly kompresorů, do 450 °C Slitiny Ti-Al-Mo-Si – žáropevné, lepší creepové vlastnosti, horší svařitelnost a technologické vlastnosti. Použití – oběžné lopatky a disky kompresorů leteckých motorů, do 500 °C. Slitiny Ti-Al-Cr-Mo-Fe-Si – žíhané nebo vytvrzené. Použití – lopatky a disky kompresorů, do 500 °C.

10 Slitiny β a pseudo β –obsah β stabilizátorů umožňuje zachovat při ochlazování fázi β –malý obsah α stabilizátorů zvyšuje pevnost –jsou metastabilní, precipitace α fáze během vytvrzování vede ke zpevnění slitiny –přednost ve srovnání se slitinami α+β - při stejné pevnosti lepší lomová houževnatost (lepší damage tolerance) Slitiny Ti-V-Al-Fe – kombinace vysoké pevnosti a houževnatosti, silně namáhané díly do 315 °C. Slitiny Ti-V-Al-Cr-Sn – vysoká pevnost, tvařitelnost za studena, silně namáhané díly letadel Slitiny Ti-V-Cr-Mo-Zr-Al - nejvyšší pevnost a mez kluzu, svařitelnost, vysokopevnostní silové prvky Slitiny Ti-Al-Mo-Cr-Zr-Sn výborné creepové vlastnosti, tlustostěnné výkovky Slitiny Ti-Al-Cr-Mo-Fe-Si – žíhané nebo vytvrzené. Použití – lopatky a disky kompresorů, do 500 °C. Slitiny na bázi intermetalidů (Ti 3 Al, TiAl) –nejvyšší žáropevnost, nízká tvárnost, výroba práškovou metalurgií s průtlačným lisováním, použití do 900 °C –slitina na bázi TiNi (Nitinol) s tvarovou pamětí (po tváření za studena se ohřevem vrací do původního tvaru)

11 Výběr tvářených slitin Ti SlitinaStavRm, MPaRp0,2, MPaTažnost, %E, GPa Slitiny α a pseudo α Ti-5Al-2,5Snžíháno Ti-5,6Alžíháno Ti-11Sn-1Mo-2,2Al- 5Zr-0,2Si dvojitě žíháno Slitiny α + β Ti-3Al-2,5Vžíháno Ti-6Al-4Vvytvrzeno žíháno Ti-6+Al-2Sn-2Zr- 2Cr-2Mo-0,25Si vytvrzeno Slitiny pseudo β a β Ti-10V-2Fe-3Alvytrzeno Ti-15V-3Cr-3Al-3Snstárnuto

12 Slitiny na bázi intermetalidů Ti 3 Al, TiAl −vlastnosti se optimalizují přísadou dalších prvků – Cr, Mo, Si −nejvyšší žáropevnost −nízká tvárnost −výroba práškovou metalurgií s průtlačným lisováním −použití až do 900 °C, části proudových motorů Slitina na bázi TiNi (Nitinol) −slitina s tvarovou pamětí (po tváření za studena se ohřevem vrací do původního tvaru) −montážní prvky, regulační prvky, ovladače v inteligentních systémech v litém stavupo protlačování za tepla 20 °C800 °C20 °C800 °C hustota, g.cm -3 3,8 modul pružnosti E, GPa mez kluzu Rp0,2, MPa min mez pevnosti Rm, MPa min mezní deformace ε, %1-3min. 301, mez únavy (R=-1), MPamin. 300-min. 600min. 400 Mechanické vlastnosti slitiny TiAl(Cr,Mo,Si)

13 Slitiny pro odlitky Porovnání s tvářenými slitinami –podobné chemické složení –vyšší obsah příměsí, licí struktura a vady –nižší tvárnost a únavová životnost –často lepší lomová houževnatost Výroba tvarových odlitků –dobré slévárenské vlastnosti (zabíhavost) –pohlcování vodíku, pórovitost odlitků –vakuové tavení, speciální licí formy, izostatické lisování odlitků (HIP) HIP – ohřev blízko k solidu + tlak inertní atmosféry (eliminace a svaření vnitřních dutin plastickou deformací) – podmínky 910 – 965 °C/100 MPa/2 hod. slitinaTZRm, MPaRp0,2, MPaA 5, % Ti-6Al-4Vžíhání na snížení pnutí Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo970°C/2h + 590°C/8h Ti-15V-3Cr-3Al-Sn955°C/1h + 525°C/12h Příklady slitin Ti pro odlitky

14 Typické letecké odlitky z titanových slitin Kryt pylonu 7,2 kg 500 x 500 x 400 mm Kování dveří 0,2 kg 130 x 50 x 80 mm Odmrazovací armatura 1,6 kg 310 x 120 x 90 mm Armatura pylonu 8,2 kg 290 x 280 x 170 mm Odlitek rámu 6 kg 1250 x 110 x 180 mm

15 Tepelné zpracování slitin titanu Žíhání –použitelné u všech slitin Žíhání na snížení vnitřního napětí – 450 až 650 °C, u odlitků až 750 °C Žíhání rekrystalizační – k odstranění deformačního zpevnění, kolem 800 °C Žíhání izotermické – ohřev na 800 až 950 °C, ochlazení v peci na 500 až 650 °C – výdrž pro dosažení rovnovážného stavu Žíhání dvojité – po izotermickém žíhání ochlazení na vzduchu a nový ohřev → rozpad fáze β na směs α+β, zpevnění a pokles tvárnosti Žíhání stabilizační – u slitin α+β pro stabilitu struktury a snížení tvrdosti, 600 až 900 °C. Vytvrzování (kalení + stárnutí) –pouze slitiny α+β a β –rozpouštěcí ohřev v oblasti α+β (30 až 140 °C pod teplotou přeměny) –kalení do vody (výjimečně na vzduchu) → zachování metastabilní fáze β –stárnutí při teplotě 450 až 600 °C

16 Vytvrzování –teplota rozpouštěcího ohřevu má vliv na výsledné vlastnosti –kalení obvykle do vody –umělé stárnutí v rozsahu 480 až 590 °C precipitační vylučování fáze α v metastabilním tuhém roztoku β precipitační vylučování fáze Ti3Al v tuhém roztoku α Mechanické vlastnosti – jsou závislé na rozměrech polotovaru –vytvrzování tlouštěk nad 100 mm nemá žádný efekt PolotovarŽíháníOhřev a kaleníStárnutí Plechy a tenké desky730 ± 15 °C °C/voda540°C-4h/vzduch Desky nad 6,4 mm, tyče730 ± 15 °C °C/voda540°C-4h/vzduch Podmínky tepelného zpracování stavtloušťka, mmRm, MPaRp0,2, MPatažnost, % žíhanýnad vytvrzený do – 25 nad Minimální garantované vlastnosti desek ze slitiny Ti-6Al-4V

17 Konstrukční data slitiny Ti-6Al-4V Charakteristika –typ α+β, přeměna α+β → β při 995 °C –nejrozšířenější, všeobecné použití –hustota 4,43 g/ccm –vytvrditelná až na 1100 MPa do tloušťky 25 mm –výborné únavové vlastnosti a odolnost proti šíření trhlin –dobrá svařitelnost, obrobitelnost jako austenitická ocel –použitelnost v rozmezí (-210 až °C) –široký sortiment polotovarů (plechy, desky, tyče, výkovky) prvekAlVFeOCNHYTi %5,50 6,75 3,50 4,50 max 0,30 max 0,20 max 0,08 max 0,05 max 0,015 max 0,005 zbytek Chemické složení slitiny Ti-6Al-4V podle AMS

18 Mechanické vlastnosti při záporných teplotách –s klesající teplotou roste pevnost, tvárné vlastnosti výrazně klesají až při velmi nízkých teplotách Únavové vlastnosti –silně závisejí na kvalitě povrchu –šíření trhlin závisí na mikrostruktuře, textuře, prostředí a způsobu cyklického namáhání –doporučuje se zpracovat vlastní data pro konkrétní tvar součásti a povrchovou úpravu Teplota, °CRm, MPaRp0,2, MPatažnost, %kontrakce, % Vlastnosti slitiny Ti-6Al-4V (obsah 0,16% O, deska tl. 6,4 mm, vytvrzeno)

19 Únavové vlastnosti slitin titanu v porovnání se zušlechtěnou nízkolegovanou ocelí (podle ASM Handbook Vol.2) pevnost v tahu, MPa únavová pevnost pro 10exp7 cyklů, MPa Technický čistý titan Všechny vzorky bez vrubů Šedé pole je rozsah zušlechtěné oceli

20 S-N křivky (R = -1) (a) Lamelární struktura – vliv šířky lamel (b) Rovnoosá struktura – vliv velikosti zrn (c) Smíšená struktura – vliv šířky lamel Vliv mikrostruktury na vlastnosti slitiny Ti-6Al-4V MikrostrukturaŠířka lamel α, μm Rp0,2 MPa A%A% Plně lamelární0, Plně rovnoosá Smíšená (10 μm α p ) 0, Tahové vlastnosti slitiny Ti-6Al-4V stárnuté 24 h/500°C Počet cyklů do lomu Amplituda napětí, MPa


Stáhnout ppt "Slitiny titanu 1.Charakteristika slitin titanu 2.Rozdělení slitin titanu 3.Slitiny pro tváření 4.Slitiny pro odlitky 5.Tepelné zpracování 6.Konstrukční."

Podobné prezentace


Reklamy Google