โลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูงและการจำแนกประเภทและคุณสมบัติของพวกเขา

โลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูงที่ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกของโลกคือ Ti-6AL-4V โดยมีอุณหภูมิบริการ 300-350 ° C การพัฒนาที่ตามมานำไปสู่อัลลอยด์เช่น IMI550 และ BT3-1 โดยมีอุณหภูมิการบริการสูงถึง 400 ° C และ IMI679, IMI685, TI-6246 และ TI-6242 โดยมีอุณหภูมิบริการ 450-500 ° C โลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูงใหม่ที่ใช้ในเครื่องยนต์อากาศยาน ได้แก่ โลหะผสม IMI829 และ IMI834 ของสหราชอาณาจักร, โลหะผสม TI-1100 ของสหรัฐอเมริกาและโลหะผสม BT18Y และ BT36 ของรัสเซีย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาทิศทางการพัฒนาสำหรับโลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูงได้มุ่งเน้นไปที่การใช้เทคโนโลยีการแข็งตัว/ผงโลหะอย่างรวดเร็วและคอมโพสิตไฟเบอร์หรืออนุภาคเสริมซึ่งสามารถเพิ่มอุณหภูมิการบริการของโลหะผสมไทเทเนียมได้สูงกว่า 650 ° C McDonnell Douglas ในสหรัฐอเมริกาประสบความสำเร็จในการพัฒนาอัลลอยไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีความหนาแน่นสูงโดยใช้เทคโนโลยีการแข็งตัว/ผงอย่างรวดเร็วด้วยความแข็งแรงที่ 760 ° C เทียบได้กับโลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้ที่อุณหภูมิห้อง

โลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้ไทเทเนียม-อลูมิเนียม

เมื่อเทียบกับโลหะผสมไทเทเนียมทั่วไป, ไทเทเนียม-อลูมิเนียมสารประกอบ intermetallics ti3al (α2) และ tial (γ) มีข้อได้เปรียบเช่นประสิทธิภาพอุณหภูมิสูงที่ดี (อุณหภูมิการบริการ 816 และ 982 ° C ตามลำดับ) ความต้านทานและน้ำหนักเบา (ความหนาแน่นเพียงครึ่งเดียวของซูเปอร์ลอยย์ที่ใช้นิกเกิล) ข้อได้เปรียบเหล่านี้ทำให้พวกเขาเป็นวัสดุที่แข่งขันได้สำหรับเครื่องยนต์อากาศยานในอนาคตและส่วนประกอบโครงสร้าง ปัจจุบันอัลลอยไทเทเนียมสองชนิดที่ใช้ TI3AL, TI-22NB-14AL และ TI-24AL-14NB-0.5MO ได้เริ่มการผลิตจำนวนมากในสหรัฐอเมริกา โลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้ TI3AL ที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ ได้แก่ TI-21AL-11NB, TI-25AL-17NB-1MO และ TI-25AL-10NB-3V-1MO Tial (γ)-โลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้อยู่ระหว่างการแต่งเพลงตั้งแต่ Tal- (1-10) m (ที่.%) โดยที่ M คือองค์ประกอบอย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบจาก V, Cr, Mn, NB, MO และ W. เมื่อเร็ว ๆ นี้โลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้ Tial3 เช่น Ti-65al-10ni ได้เริ่มดึงดูดความสนใจ

อัลลอยไทเทเนียมชนิดที่มีความแข็งแรงสูงและมีความชุ่มชื่นสูง

โลหะผสมไทเทเนียมชนิดแรกคือ B120VCA (TI-13V-11CR-3AL) พัฒนาโดยเบ้าหลอมในช่วงกลางทศวรรษ 1950 โลหะผสมไทเทเนียมประเภทβมีประสิทธิภาพการประมวลผลร้อนและเย็นที่ดีสามารถปลอมแปลงได้ง่ายสามารถรีดและเชื่อมและบรรลุคุณสมบัติเชิงกลสูงความต้านทานต่อสิ่งแวดล้อมที่ดี ตัวแทนใหม่ที่มีความแข็งแรงสูงและมีความแข็งแรงสูงβ-type โลหะผสมไทเทเนียมรวมถึง:

• TI1023 (TI-10V-2FE-3AL): โลหะผสมนี้มีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับเหล็กโครงสร้างความแข็งแรงสูง 30CRMNSIA ที่ใช้กันทั่วไปในส่วนประกอบโครงสร้างของเครื่องบินและมีประสิทธิภาพการปลอมที่ยอดเยี่ยม
• TI153 (TI-15V-3CR-3AL-3SN): โลหะผสมนี้มีประสิทธิภาพการประมวลผลความเย็นที่ดีกว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์อุตสาหกรรมโดยมีความต้านทานแรงดึงอุณหภูมิห้องมากกว่า 1,000 MPa หลังจากอายุ
• β21S (TI-15MO-3AL-2.7NB-0.2SI): พัฒนาโดย Timet โลหะผสมนี้มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่ยอดเยี่ยมและประสิทธิภาพการประมวลผลร้อนและเย็นและสามารถทำให้เป็นฟอยล์ที่มีความหนา 0.064 มม.
• SP-700 (TI-40AL-3V-2MO-2FE): พัฒนาโดย บริษัท ท่อเหล็กญี่ปุ่น (NKK) โลหะผสมนี้มีความแข็งแรงสูงและยืดตัวสูงถึง 2,000%โดยมีอุณหภูมิสูงกว่า 140 ° C ต่ำกว่า 140 ° C ต่ำกว่า TI-6AL-4V ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตส่วนประกอบการบินและอวกาศที่หลากหลายโดยใช้เทคโนโลยีพันธะการกระจายแบบพลาสติกแบบ superplastic (SPF/DB)
• BT-22 (TI-5V-5MO-1CR-5AL): พัฒนาในรัสเซียโลหะผสมนี้มีความแข็งแรงแรงดึงมากกว่า 1105 MPa

โลหะผสมไทเทเนียมที่ทนไฟ

โลหะผสมไทเทเนียมทั่วไปมีแนวโน้มที่จะจุดชนวนภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ จำกัด การใช้งานอย่างมีนัยสำคัญ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ประเทศได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับโลหะผสมไทเทเนียมที่ทนไฟและสร้างความก้าวหน้าบางอย่าง โลหะผสม C (หรือที่รู้จักกันในชื่อ Alloy T) ที่พัฒนาขึ้นในประเทศจีนโดยมีองค์ประกอบเล็กน้อยของ 50TI-35V-15CR (ส่วนมวล) เป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่ทนต่อเปลวไฟที่ไม่ไวต่อการเผาไหม้อย่างต่อเนื่องและถูกนำมาใช้ในเครื่องยนต์ F119 BTT-1 และ BTT-3 ที่พัฒนาขึ้นในรัสเซียเป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่ทนต่อเปลวไฟ Ti-Cu-Al-reesatant ที่มีประสิทธิภาพการประมวลผลการเสียรูปร้อนที่ดีเหมาะสำหรับการสร้างชิ้นส่วนที่ซับซ้อน

โลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์

ไทเทเนียมเป็นสารพิษน้ำหนักเบามีความแข็งแรงสูงและมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยมทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการใช้งานระดับไทเทเนียมระดับการแพทย์เช่นการปลูกถ่าย ปัจจุบันโลหะผสม Ti-6AL-4V Eli ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาการแพทย์ อย่างไรก็ตามการปลดปล่อยปริมาณการติดตามของวานาเดียมและอลูมิเนียมไอออนช่วยลดความเข้ากันได้ของเซลล์และอาจเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ซึ่งเป็นความกังวลในชุมชนการแพทย์มานานแล้ว ตั้งแต่กลางทศวรรษ 1980 สหรัฐฯได้พัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมอลูมิเนียมและวาเนเดียมที่ปราศจากวานาเดียมด้วยความเข้ากันได้ทางชีวภาพสำหรับการใช้งานเกี่ยวกับศัลยกรรมกระดูก ญี่ปุ่นสหราชอาณาจักรและประเทศอื่น ๆ ได้ทำการวิจัยอย่างกว้างขวางและบรรลุความก้าวหน้าใหม่ ตัวอย่างเช่นญี่ปุ่นได้พัฒนาชุดของโลหะผสมα+βไทเทเนียมด้วยความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยมรวมถึง TI-15ZR-4NB-4TA-0.2PD, TI-15ZR-4NB-4TA-0.2PD-0.2-0.05N 4NB-2TA-0.2PD และ TI-15SN-4NB-2TA-0.2PD-0.2 โลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้นความแข็งแรงของความเหนื่อยล้าและการต้านทานการกัดกร่อนมากกว่า Ti-6AL-4V Eli เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมα+βไทเทเนียมอัลลอยไทเทเนียมβไทเทเนียมมีความแข็งแรงสูงกว่าประสิทธิภาพของรอยดีกว่าและความเหนียวทำให้เหมาะสำหรับการปลูกถ่ายมากขึ้น ในสหรัฐอเมริกามีการแนะนำโลหะผสมไทเทเนียมห้าตัวสำหรับการใช้งานทางการแพทย์: TMZFTM (TI-12MO-6ZR-2FE), TI-13NB-13ZR, Timetal 21SRX (TI-15MO-2.5NB-0.2SI) -16NB-9.5HF) และ Ti-15mo เป็นที่คาดว่าในอนาคตอันใกล้ความแข็งแรงสูงเหล่านี้โมดูลัสต่ำและการก่อตัวที่ยอดเยี่ยมและความต้านทานการกัดกร่อนβอัลลอยไทเทเนียมไทเทเนียมอาจแทนที่อัลลอยไทเทเนียม 6AL4V เอลีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาการแพทย์