Inzicht in thermische eigenschappen van titanium

Titanium en zijn legeringen worden veel gebruikt voor structurele toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, de auto-industrie, defensie, sportuitrusting en de gezondheidszorg vanwege hun hoge sterkte, laag gewicht, uitstekende corrosieweerstand en over het algemeen stabiele eigenschappen bij hoge en lage temperaturen. De unieke thermische eigenschappen van titanium maken het echter ongeschikt voor bepaalde toepassingen, terwijl het uitblinkt in andere.

Titanium gedraagt ​​zich iets anders dan de meeste metalen bij extreme temperaturen, dus het is belangrijk om de thermische eigenschappen van titanium te begrijpen voordat je het in een dergelijke omgeving gebruikt. Hoewel titanium bijvoorbeeld sterk blijft bij hoge temperaturen, voert het de warmte niet gemakkelijk af, wat kan leiden tot warmteophoping in het metaal. Sommige titaniumlegeringen kunnen echter ook buitengewoon goed presteren bij cryogene temperaturen.

In dit bericht zullen we de thermische eigenschappen van titanium bij hoge temperaturen en cryogene temperaturen onderzoeken en hoe deze van invloed zijn op het vermogen om te presteren in veelvoorkomende toepassingen.

Titanium thermische eigenschappen bij hoge temperaturen

Titanium kan goed presteren in omgevingen met extreme temperaturen vanwege het hoge smeltpunt en de hoge vermoeiingssterkte. Het heeft de voorkeur in toepassingen zoals vliegtuigmotoren, marineschepen, ruimtevaartuigen, raketten en pijpen voor energiecentrales vanwege de uitstekende corrosieweerstand die wordt veroorzaakt door een beschermend oxidatieproces dat optreedt wanneer het wordt blootgesteld aan hoge temperaturen. Deze temperatuuroxidatie wordt verlaagd in zuivere zuurstofatmosferen.

Hieronder gaan we dieper in op de thermische eigenschappen van commercieel zuiver titanium en titaniumlegeringen.

Commercieel puur titanium

Commercieel zuiver titanium heeft een hoge sterkte-gewichtsverhouding en is een uitstekende keuze voor gebruik in componenten die bij hoge temperaturen werken, aangezien het een smeltpunt heeft van ongeveer 3034°F en een dichtheid van ongeveer 4,5 g/cm3. De toepassingen kunnen echter soms beperkt zijn, omdat titanium vlam kan vatten en extreme schade kan veroorzaken als het wordt blootgesteld aan situaties waarin het bij verhoogde temperaturen tegen andere metalen wrijft.

Commercieel zuiver titanium is corrosiebestendig en vormt een beschermende oxidecoating bij blootstelling aan hoge temperaturen. Dit kan positief zijn wanneer het reactief is met water of bij omgevingstemperaturen waar dan ook op aarde. Titanium reageert echter ook met zuurstof en koolstof bij hoge temperaturen, wat voor uitdagingen zorgt bij het bereiden van titaniummetaal, kristallen of poeder. Als titaniumpoeder wordt verwarmd met aanwezige zuurstof, kan het een explosiegevaar worden in processen zoals 3D-printen en poedersintermetallurgie. Deze eigenschappen blinken uit in pijpen, maar zijn niet geschikt voor straalmotoren en raketmotoren.

Vanwege de hoge sterkte en kruipweerstand kan commercieel zuiver titanium stabiel blijven bij temperaturen tot ongeveer 572 ° F. In vergelijking met andere metalen zoals aluminium heeft titanium een ​​lage thermische en elektrische geleidbaarheid, wat kan leiden tot overmatige warmteontwikkeling.

Titanium is niet oplosbaar in water en de oplosbaarheid in waterstof neemt nog verder af bij verhoogde temperaturen, waardoor het een goede kandidaat is voor magnetisch opgesloten fusiereactoren. Titanium wordt ook vaak gebruikt in orthopedische en tandheelkundige implantaten, maar voor de meeste toepassingen worden vaak andere metalen aan titanium toegevoegd om sterkere, taaiere legeringen te maken.

Titaniumlegeringen

Zuiver titanium wordt vaak gemengd met andere metalen om legeringen te maken die een verhoogde treksterkte en taaiheid bieden, zelfs bij hoge temperaturen. Deze legeringen zijn onderverdeeld in drie verschillende categorieën:alfa, bèta en alfa + bèta. Een korte beschrijving van elke categorie van titaniumlegeringen wordt hieronder beschreven.

• Alfa-legeringen bevatten metalen zoals aluminium en tin en hebben een uitzonderlijke kruipweerstand bij temperaturen tot 1100°F. Daarom hebben alfa-legeringen vaak de voorkeur voor toepassingen bij hoge temperaturen. Ze hebben echter een lage tot gemiddelde sterkte die niet kan worden verhoogd door warmtebehandeling.
• Bèta-legeringen , die elementen zoals molybdeen, vanadium en niobium bevatten, hebben een uitstekende hardbaarheid en kunnen gemakkelijk met warmte worden behandeld om hun sterkte te vergroten. Deze legeringen hebben een hoge breuktaaiheid en zijn zeer smeedbaar. Bèta-legeringen zijn echter niet bestand tegen zo hoge temperaturen als alfa-legeringen.
• Alfa+bèta-legeringen zijn ook warmtebehandelbaar en bieden gemiddelde tot hoge sterkte. Deze legeringen kunnen ook bij hogere temperaturen werken dan commercieel zuivere titaniumsoorten en hebben een kruipweerstand tot 500-800°F.

Sommige titaniumlegeringen met hogere complexiteit vertonen een hoge sterkte bij temperaturen tot ongeveer 932 ° F. Titaniumlegeringen hebben over het algemeen ook lagere thermische geleidbaarheid dan commercieel zuiver titanium.

Titanium thermische eigenschappen bij cryogene temperaturen

Titanium en zijn legeringen verschillen ook van andere metalen doordat sommige hun sterkte en taaiheid ongelooflijk goed kunnen behouden bij cryogene temperaturen. Met name alfa-legeringen zijn geschikt voor cryogene toepassingen vanwege de afwezigheid van de ductiel-naar-bros overgang die in bèta-legeringen voorkomt. Bèta-legeringen worden over het algemeen niet overwogen voor gebruik in omgevingen met cryogene temperaturen vanwege deze ductiel-naar-bros overgang. Alfa-bèta-legeringen, die zowel alfa- als beta-fase kristallijne structuren bevatten, hebben echter ook hoge sterkte-eigenschappen in cryogene omgevingen. Met name de Ti-6Al-4V alfa+bèta-legering kan worden gebruikt bij cryogene temperaturen tot ongeveer 800 ° F en wordt gebruikt voor veel casco- en motoronderdelen.

Uw lokale titaniumbron

Industrial Metal Service levert al meer dan twee decennia speciale metalen aan fabrikanten, machinisten en fabrikanten in de San Francisco Bay Area en in het hele land, en we hebben een reputatie opgebouwd op het gebied van professionaliteit, betrouwbaarheid en klantgerichte service. We bieden zowel nieuwe als gerecyclede restmetalen aan, zoals titanium, aluminium, staal en koper, geverifieerd met röntgenfluorescentieanalysatoren om de kwaliteit van de metalen die u koopt te garanderen.