Kas ir titāna tērauds?
Tērauds, kas satur titāna un papildu sakausējuma elementu, piemēram, niķeļa, molibdēna, hroma, alumīnija, vanādija, vara un oglekļa kombināciju, tiek saukts par titāna tēraudu, kas pazīstams arī kā titāna leģētais tērauds. Tērauda fizikālās un mehāniskās īpašības, piemēram, izturību, cietību, stingrību pret lūzumiem un augstas temperatūras šļūdes izturību, var uzlabot, pievienojot titānu kā leģējošo elementu.
No kā izgatavots titāna tērauds?
Primārais metāls iekšātitāna tēraudsir dzelzs, kas veido sakausējuma pamatmatricu. Dzelzs daudzums ir atšķirīgs, bet parasti tas ir aptuveni 85-95 svara procenti. Lai piešķirtu labvēlīgas īpašības, titāns tiek pievienots līdz aptuveni 5-15 procentiem. Nelielos daudzumos var pievienot arī citus sakausējuma elementus, piemēram, niķeli, molibdēnu, hromu, vanādiju, varu, alumīniju un oglekli, lai vēl vairāk uzlabotu tērauda īpašības un īpašības.
Titāna tērauda ražošana sākas ar dzelzs un citu metālu kausēšanu kopā elektriskā loka krāsnī vai indukcijas krāsnī. Pēc tam izkausētais metāls tiek attīrīts un precīzos daudzumos tiek pievienoti leģējošie elementi, piemēram, titāns, niķelis, hroms, molibdēns. Pēc tam maisījumu ielej lietņos vai nepārtraukti lej sagatavēs tālākai apstrādei. Pēc tam tērauds tiek pakļauts karstai velmēšanai, termiskai apstrādei un aukstai apstrādei, lai iegūtu galīgo titāna tērauda izstrādājumu.
Kam tiek izmantots titāna tērauds?
Titāna tērauds tiek izmantots dažādos kritiskos lietojumos, kur nepieciešama augsta izturība, mazs svars un laba izturība pret koroziju. Daži no galvenajiem titāna tērauda izmantošanas veidiem ir:
Aviācijas un kosmosa rūpniecība: izmanto gaisa kuģu konstrukcijas daļās, piemēram, spārnos, fizelāžās, šasijas mehānismos, kur izturība un mazs svars ir kritiski svarīgi. Titāna tērauda augstā īpatnējā izturība palīdz maksimāli palielināt kravnesību un degvielas efektivitāti.
Rūpnieciskais pielietojums: izmanto tvaika un gāzes turbīnās elektroenerģijas ražošanai. Augstas temperatūras izturība ļauj tādiem komponentiem kā asmeņi, diski, korpusi izturēt ekstremālu vidi. Izmanto arī siltummaiņos un kondensatoros spēkstacijās.
Automobiļu rūpniecība: izmanto tādās detaļās kā klaņi, kloķvārpstas, atsperes, stiprinājumi, izplūdes komponenti, kur nepieciešama izturība paaugstinātā temperatūrā. Augsta noguruma izturība ir vērtīga.
Ķīmiskās apstrādes rūpniecība: Pateicoties labajai izturībai pret koroziju, titāna tēraudus izmanto ķīmiskajos reaktoros, siltummaiņos, vārstos, sūkņos, lai apstrādātu korozīvu vidi.
Biomedicīnas implanti: biosaderība un izturība pret koroziju ļauj izmantot ķirurģiskos implantos, piemēram, gūžas un ceļa locītavas, kaulu plāksnes, skrūves.
Sporta preces: golfa nūjas, velosipēdu rāmji un diski nodrošina augstu izturības un svara attiecību un noguruma izturību.
Pārtikas apstrādes iekārtas: ar labu izturību pret koroziju, titāna tēraudi labi darbojas galda piederumos, spiedtvertnēs, pārtikas pārstrādes katlos.
Vai titāna tērauds ir labas kvalitātes?
Jā, titāna tērauds tiek uzskatīts par augstas kvalitātes inženiertehnisko materiālu šādu labvēlīgo īpašību dēļ:
Augsta stiepes izturība – titāna tēraudiem parasti stiepes izturība ir robežās no 700 MPa līdz 1300 MPa, kas ir ievērojami augstāka nekā parastajiem tēraudiem. Tas ļauj izstrādāt vieglus komponentus.
Laba lokanība – neskatoties uz augsto izturību, titāna tērauds saglabā pienācīgu elastību, lai izvairītos no priekšlaicīgas atteices sprieguma apstākļos. Pagarinājuma vērtības svārstās no 10-25 procentiem lielākajā daļā titāna sakausējumu.
Lieliska noguruma izturība – titāna tēraudu cikliskā sprieguma izturība pārsniedz citus leģētos tēraudus, padarot tos ideāli piemērotus dinamiskiem lietojumiem.
Izcila izturība pret koroziju – titāns ievērojami uzlabo izturību pret koroziju tā ugunsizturīgā rakstura dēļ. Tas ļauj izmantot skarbos apstākļos.
Augstas temperatūras izturība - titāna tēraudi saglabā savu izturību un šļūdes pretestību temperatūrā līdz 600 grādiem, ļaujot tos izmantot augstā temperatūrā.
Zema termiskā izplešanās - termiskās izplešanās koeficients ir gandrīz puse no tēraudiem, samazinot deformāciju un termisko nogurumu.
Nemagnētisks — titāna pievienošana rada nemagnētisku sakausējumu, kas ir noderīgs noteiktos kritiskos lietojumos.
Titāna tērauda augstākās kvalitātes un veiktspējas izmaksas ir augstākas. Tomēr, ja ņem vērā produkta dzīves ciklu, labākās īpašības parasti attaisno augstāku sākotnējo cenu.
Vai titāna tērauds ir tāds pats kā nerūsējošais tērauds?
Nē, titāna tērauds un nerūsējošais tērauds ir pilnīgi atšķirīgi materiāli sastāva, īpašību un pielietojuma ziņā. Galvenās atšķirības ir šādas:
Sastāvs: nerūsējošais tērauds kopā ar tēraudu satur daudz hroma (10-20 procenti) un niķeļa (8-20 procenti).Titānstēraudi satur titānu kā galveno leģējošo elementu ar minimālu hroma un niķeļa daudzumu.
Īpašības: Nerūsējošais tērauds savu izturību iegūst no augsta hroma satura un tam sekojošas termiskās apstrādes. Titāna tēraudi iegūst savu spēku no titāna, kas darbojas kā cieta šķīduma stiprinātājs dzelzs matricā.
Izturība pret koroziju: nerūsējošā tērauda izturība pret koroziju galvenokārt ir atkarīga no hroma oksīda slāņa. Titāna tērauds paļaujas uz titāna inerci, lai izturētu pret koroziju.
Augstas temperatūras izturība: Titāna tēraudi saglabā izturību un šļūdes pretestību līdz 600 grādiem. Nerūsējošais tērauds nevar darboties virs 300-400 grādiem trauslu fāžu nokrišņu dēļ.
Magnētiskā caurlaidība: nerūsējošais tērauds ir feromagnētisks dzelzs un hroma dēļ. Titāna tēraudi nav magnētiski.
Izmaksas: Titāns ir dārgāks nekā hroms un niķelis. Tātad titāna tērauds maksā vairāk nekā nerūsējošais tērauds.
Pielietojums: lai gan pastāv zināma pārklāšanās, titāna tēraudus parasti izmanto vietās, kur kritiska ir augstāka stiprības un svara attiecība, izturība pret nogurumu vai veiktspēja augstā temperatūrā. Nerūsējošais tērauds tiek plaši izmantots vispārējai korozijai.
Rezumējot, titānam un nerūsējošajam tēraudam ir pilnīgi atšķirīgs sastāvs, kas pielāgots noteiktu īpašību un pielietojuma attīstīšanai. Titāna tēraudi piedāvā izcilu stiprības un svara attiecību, taču par augstākām izmaksām. Nerūsējošais tērauds nodrošina izcilu izturību pret koroziju par zemākām izmaksām. Izvēle ir atkarīga no īpašajām pieteikuma prasībām.
Atsauces:
Deiviss, JR (1993). Leģēšana: pamatu izpratne. ASM International.
Lütjering, G. (2003). Titāns (inženiertehniskie materiāli un procesi). Springer zinātnes un biznesa mediji.
Polmear, IJ (2005). Vieglie sakausējumi: vieglo metālu metalurģija. Batervorts-Heinemans.
Donachie, MJ (2000). Titāns: Tehniskā rokasgrāmata. ASM International.
Bauccio, M. (1993). ASM metālu uzziņu grāmata. ASM International.
Baldev Raj, TS, Jayakumar T. (2011). Titāna sakausējumu korozijas izturēšanās. Bhadeshia HKDH, Honeycombe RWK (eds) Steels. Springer, Berlīne, Heidelberga.
