Titan a jeho slitiny. Čistý titan Slitiny titanu, + a Slitiny na bázi intermetalických fází -TiAl a -Ti 3 Al Slitiny na bázi TiNi (jev tvarové paměti)

Titan a jeho slitiny



Čistý titan



Slitiny titanu , + a



Slitiny na bázi intermetalických fází -TiAl a



Slitiny na bázi TiNi (jev tvarové paměti)

-Ti3Al

2009-10 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl

Fyzikální vlastnosti titanu Relativní atomová hmotnost

47,9

Struktura

do 882 C HTU ( -Ti) nad 882 C KSC ( -Ti)

Mřížková konstanta

HTU:

a = 0,29503 nm, c = 0,48631 nm c/a = 1,5873

KSC:

a = 0,33132 nm

Hustota

4,505.103 kg/m3

Teplota tavení

1670 C

Modul pružnosti

112,5 GPa

Nemagnetický Netoxický, biologicky dobře snášený Vysoká odolnost proti korozi v prostředí kyselin a chloridů Mřížka HTU fáze

Mřížka KSC fáze

Technologické a mechanické vlastnosti Ti  dobrá tvařitelnost (plastické vlastnosti - vliv struktury fází skluzové systémy),

vs.

-

 svařitelnost, horší obrobitelnost  Pevnost u technického Ti :

(závisí na čistotě) Rp0,2 170- 480 MPa Rm 240- 550 MPa A5 20-30 % (vysoce čistý až 70 %)


Základní charakteristiky  velmi důležitý technický materiál - technicky čistý kov nebo slitiny  velká afinita ke všem nekovům (kromě vzácných plynů) – omezení jeho použití  chemicky velmi reaktivní - přesto vykazuje výbornou odolnost proti korozi (pasivace oxidickou vrstvičkou TiO2) Použití Ti a jeho slitin - ve 2 hlavních oblastech : 1.

zařízení odolná proti korozi

2.

konstrukce s vysokou pevností Přednosti titanu a titanových slitin oproti ostatním kovovým materiálům

 vysoký poměr pevnost–hustota - u titanu a titanových slitin daleko lepší než u většiny současně používaných kovů.  vynikající korozní odolnost-vůči atmosféře, sladké i mořské vodě, většině průmyslových kyselin, zásad, korozně odolný v oxidačním nebo redukčním prostředí a v prostředí obsahujícím chloridy.  velmi dobrá erozní odolnost - při srovnání s běžně používanými kovy.  velmi dobrá kompatibilita s živočišnou tkání -předurčuje titan pro dentální a chirurgické implantáty.  zpracování titanu a titanových slitin - obdobné jako u nerezových nebo niklových slitin pro vysoké výkony.

Odolnost proti korozi nelegovaný Ti - velmi odolný proti korozi v různých prostředích: • mořská voda, • tělní tekutiny, • rostlinné i ovocné šťávy, • solné roztoky chloridů, síranů, sulfidů, • roztoky HNO3, • vlhký chlór. - omezená odolnost proti oxidaci na vzduchu nad 540 C. slitiny Ti - v závislosti na složení a okolním prostředí: galvanická koroze (vznikají galvanické články) štěrbinová koroze (horké roztoky chloridů, iodidů, bromidů a síranů) eroze-koroze kavitace korozní praskání pod napětím


Příklady korozní odolnosti komerčně čistého titanu

Odolnost vůči kyselině fluorovodíkové HF  HF - prakticky jedinou kyselinou, v níž Ti velmi rychle koroduje i při nízkých koncentracích a teplotách  kyselina tvoří značně porézní pasivační vrstvy, které však ihned rozpouští, takže Ti je silně napadán již při koncentraci 1%.  HF je pro Ti nejnebezpečnější (proto tvoří nejčastěji hlavní složku leptacích a mořících lázní pro titan a jeho slitiny).  Velmi agresívně působí nejen kyselina sama, nýbrž i ionty fluoru. I stopová množství fluoridů mohou desetinásobně zvýšit korozi v některých kyselinách, např. v kyselině dusičné, bromovodíkové, sírové, mravenčí atd. (Například přídavek 0,05 mol fluoridu amonného / l litr kyseliny sírové zvětší korozi titanu 20 až 40násobně podle koncentrace kyseliny).


Chemické složení


Vliv škodlivých příměsí a legujících prvků  dělení příměsí - podle toho, zda snižují nebo zvyšují teplotu této přeměny, tedy kterou ze dvou uvedených fází nebo stabilizují ve větším teplotním rozmezí.  vliv úzce spojen s jejich větší rozpustností ve fázích, které stabilizují.

Škodlivé příměsi :

= intersticiální prvky:

kyslík, dusík, uhlík, vodík

- snižují úroveň plastických vlastností (klesá tažnost), - zhoršují svařitelnost - zvyšují náchylnost ke korozi - zvyšují pevnost a tvrdost - tvoří  intersticiální tuhé roztoky

O, N a C ………… - stabilizátory H ………… - stabilizátor  křehké oxidy, karbidy, nitridy nebo hydridy

Vliv škodlivých příměsí na mechanické vlastnosti titanu: O, N, C

Mechanické vlastnosti (v tahu) tenkých plechů z titanových slitin v souvislosti s obsahem O a Fe


Fyzikální vlastnosti

Mechanické vlastnosti při pokojové teplotě


Mechanické vlastnosti Ti a jeho slitin vs. KPC mřížka fcc - KPC-kubická plošně centrovaná mřížka hcp - HTU-hexagonální těsněuspořádaná mřížka bcc - KSC-kubická prostorově centrovaná mřížka


Základní rozdíly mezi titanovými, ocelovými a niklovými slitinami  nižší modul pružnosti  vyšší bod tavení titanu  nižší koeficient měrné tepelné vodivosti  náchylnost k absorpci plynů za vyšších teplot

srovnání základních vlastností Ti s vybranými kovy

Vliv legujících prvků

Vliv nečistot a legujících prvků na teplotu přeměny α na β v titanu: a), b) a c) přísady snižující teplotu fázové přeměny; c) a d) přísady zvyšující teplotu fázové přeměny.


Vliv legujících prvků

Legující příměsi

= substituční prvky

důležitá úloha při řízení mikrostruktury a vlastností slitin titanu Ta, V, Mo a Nb - -izomorfní prvky s KSC-Ti, - netvoří s Ti intermetalické sloučeniny (preferovány při legování), - stabilizují . Cr, Fe, Cu, Ni, Pd, Co, Mn a některé další přechodové kovy – vytvářejí eutektoidní systém, – mají sníženou rozpustnost v Ti, – snižují teplotu přeměny, – stabilizují – v kombinaci s -izomorfními prvky stabilizace -fáze a zamezení nebo snížení výskytu intermetalických sloučenin (při tepelně-mechanickém zpracování, tepelném zpracování nebo vysokoteplotním použití. Fe, Cr ……. silné

-stabilizátory (slitiny ( - ), )

Zr, Hf – vynikající vlastnost : Sn, Al – velká rozpustnost v

-i -i

-izomorfní prvky -fázi

Al, Zr, Sn ….. rozpustné v obou fázích zejména příznivý účinek na zvýšení creepové pevnosti

-fáze

(zpevnění tuhým roztokem). téměř ve všech komerčně používaných slitinách Ti Ni, Mo, Pd, Ru – zvyšují odolnost proti korozi u technického Ti


Vliv legujících prvků Základní materiálové charakteristiky v závislosti na mikrostruktuře pro různé skupiny Ti slitin

Srovnání vlastností slitin

,

a

+

Hustota Pevnost Tažnost Lomová houževnatost Odolnost proti creepu Odolnost proti korozní Odolnost proti oxidaci Svařitelnost Tvařitelnost zastudena

Lomová houževnatost - silně závisí na mikrostruktuře a podmínkách stárnutí korelace mezi různými třídami

není možná

Hrubá a lamelární mikrostruktura hůře se šíří lom podél různě orientovaných lamel hrubý lom potřebuje pro své šíření extra velkou energii vyšší lomová houževnatost Jemná a rovnoosá

nižší lomová houževnatost


Fázová stabilita Ti slitin Všechny technické slitiny Ti obsahují v různém stupni přísadu Al binární soustava Ti-Al má pro titanové slitiny obdobný význam jako pro Fe soustava Fe-Fe3C.

fáze u Ti slitin: - tuhý roztok Ti - HTU - tuhý roztok Ti - KSC - TiAl intermetalická fáze- struktura kubická L10 2 – Ti3Al intermetalická fáze – struktura hexagonální D019


Slitiny titanu mechanické vlastnosti 4 základních skupin materiálů na bázi Ti klasifikace podle fází , , nebo + slitiny nejrozšířenější a nejpoužívanější slitina: Ti-6Al-4V ( = 45% z celkové produkce Ti slitin, technický Ti = 30% a ostatní slitiny = dohromady jen 25% z produkce)

Typické mikrostruktury alfa, alfa+beta a beta Ti slitin Čistý Ti,1h,699 C Rovnoosá

Rovnoosá

Ti6Al4V acikulární

Rovnoosá

Ti13V11Cr3Al 2009-10 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl

Slitiny titanu Alfa slitiny obsahují Al, Sn stabilizují oblast transformace nebo způsobují její růst

brání změně teploty fázové

anizotropie mechanických a fyzikálních vlastností rychlost difuze nejméně o 2 řády nižší lepší odolnost proti tečení než slitiny používány pro vysokoteplotní aplikace většinou velmi tažné při velmi nízkém obsahu intersticiálních prvků zachována i při kryogenních teplotách

tažnost a houževnatost

vhodné rovněž pro kryogenní aplikace (na rozdíl od

slitin s přechodem křehký-houževnatý stav)

dostatečná pevnost, houževnatost a svařitelnost avšak horší kujnost než slitiny (větší schopností tvořit vady při kování, lze snížit menšími úběry a častým ohřevem) nemohou být zpevněny tepelným zpracováním (na rozdíl od - struktura velmi stabilní

slitin)

základním variabilním prvkem mikrostruktury velikost zrn

slitin

pro dané chemické složení: pevnost (krátkodobá deformace) i creep (dlouhodobá deformace) ovlivnit velikostí zrna a vloženou deformační energií používány nejčastěji ve stavu žíhaném nebo rekrystalizovaném (po odstranění zbytkových pnutí po opracování) jsou méně odolné proti korozi avšak mají vyšší pevnost než čistý titan hlavním legujícím prvkem - Al (př. Ti-5Al-2,5Sn). "super " nebo „pseudo " - obsahují malá množství prvků stabilizujících oblast obsahují určitou zbytkovou fázi, tvořeny hlavně fází a při tepelném zpracování (vytvrzování stárnutím) se chovají více jako slitiny posuzují se spíše jako klasické slitiny než klasické + slitiny. (např. Ti-8Al-1Mo-1V nebo Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo) "super " slitiny obsahují některé obdobně jako + slitiny.

stabilizátory

změny v mikrostruktuře


Mikrostruktura alfa slitin Mikrostruktura :  rovnoosá zrna (je-li připravována v oblasti +  acikulární struktura přeměněné

(je-li zpracovávána nad

přechodem).

Příklad : IMI-834 a Ti-1100 - běžná teplotní mez použití : cca 590oC IMI-834 - "super " strukturu s přísadou C - zpracovávána hluboko uvnitř + oblasti zamezení hrubnutí zrn a vznik směsné struktury + acikulární dobrá creepová pevnost, aniž velký pokles únavové pevnosti. Ti-1100 - řízený obsah molybdenu a železa

vysoká creepová pevnost

Alfa –Ti a alfa slitiny


Super alfa –Ti slitiny

Vybrané super alfa slitiny Ti a jejich vlastnosti


Alfa + beta Ti slitiny chemické složení

vznik směsi a fáze (při pokojové teplotě mohou obsahovat 10-50 % fáze) slitina: Ti-6Al-4V - poměrně obtížně tvařitelná i v žíhaném

nejběžnější + stavu obecně - slitiny + - dobrá tvařitelnost tepelné zpracování nebo tepelně-mechanické zpracování slitiny úprava množství a typu přítomné fáze

může zpevnit

Rozpouštěcí žíhání s následným stárnutím při 480-650 C a precipitací jemnozrnná směs + v matrici zbytkové nebo přeměněné fáze. řízení vlastností pokud u slitin typu + převažuje fáze nad " nebo " s nízkým obsahem " vyšší schopnost stárnutí než „pseudo " slitiny

slitina „pseudo

+

fáze

" nebo "super

Chování slitiny při tepelném zpracování = funkcí rychlosti ochlazování z žíhací teploty ovlivněna velikostí příčného řezu produktu.

Typy struktur (

+ ) slitin

Rovnoosá struktura - vzniká při zpracování slitiny v + oblasti a žíháním při nižších teplotách. Jehlicovitá struktura - vzniká při zpracování nebo tepelném zpracování nad

přechodem a rychlým ochlazením.

Rovnoosá primární + jehlicovitá přeměnou fáze po rychlém ochlazení z teplot uvnitř + oblasti Každý typ struktury má své výhody i nevýhody. vhodná volba kování a tepelného zpracování změna vlastností v + slitinách : nejlepší kombinaci vlastností - rozpouštěcím žíháním a rychlým zakalením z teploty těsně pod přechodem fáze s následným vytvrzováním.


Mikrostruktura alfa-beta slitiny Ti-6Al-4V

vyplývající z různých podmínek tepelně mechanického zpracování

Mikrostruktura alfa-beta slitiny Ti-6Al-4V vyplývající z různých metalurgických podmínek: a) rovnoosá α a malé množství interkrystalické β, b) rovnoosá a jehlicovítá α a malé množství interkrystalické β, c) rovnoosá α v jehlicovíté α (přeměněná β) matrici, d) malé množství rovnoosé α v jehlicovíté α (přeměněná β) matrici, e) hrubší jehlice α (přeměněná β), α na původních hranicích zrn fáze β, f) desková a jehlicová (přeměněná β), α na původních hranicích zrn fáze β.

Tepelné zpracování při různých teplotách (1050 ,850 ,800 a 650 C) s 3 různými rychlostmi ochlazování: pomalé v peci, na vzduchu, do vody 2009-10 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl

Alfa + beta Ti slitiny - mikrostruktura

Rovnoosá mikrostruktura Ti-6Al-4V po rekrystalizaci


Alfa + beta Ti slitiny

IMI 318-aplikace


Tepelně mechanické zpracování Ti slitin

Schématické znázornění vlivu faktorů na termomechanické zpracování

Kování v zápustce a následné tepelné zpracování na strukturu Schématické znázornění


+

Beta Ti slitiny legovány přechodovými kovy – V, Nb, Mo - snižují teplotu přeměny z na podporují vznik KSC fáze slitiny s Mo - dobrá odolnost vůči korozi výborná kujnost v širokém intervalu kovacích teplot, tenké plechy z slitiny jsou tvařitelné za studena (ve stavu po rozpouštěcím žíhání.) a „pseudo “ - vyšší lomovou houževnatost při dané úrovni pevnosti ve srovnání se slitinami + výborná prokalitelnost lepší tvařitelnost při pokojové teplotě a lepší obrobitelnost než + slitiny vyšší pevnost než + slitiny při teplotách, kdy místo creepové pevnosti je požadovaným kritériem mez kluzu lepší schopnost tepelného zpracování (rozpouštěcí žíhání, kalení a stárnutí) u větších profilů než v případě slitin + . snadno reagují na tepelné zpracování. Běžné tepelné zpracování: rozpouštěcí žíhání s následným stárnutím při teplotách od 450 do 650 C jemné disperzní částice ve zbytkové struktuře

Použití beta slitin dříve např. jako pružiny a upínací prvky (požadovaná vysoká pevnost) dnes - pro vesmírné konstrukce - lomová houževnatost vyhovuje zvýšeným požadavkům na toleranci k poškození Příklady:

Ti-10V-2Fe-3Al Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr

- slitina pro kování; - pro tenké plechy - pro pružiny a protlačené výlisky.


Mikrostruktura a postup přípravy Ti slitin ovlivňuje vlastnosti: •

Mez kluzu a mez pevnosti v tahu

•

Tažnost

•

Houževnatost

•

Cyklické vlastnosti – nízkocyklová únava a vysokocyklová únava

•

Šíření únavového lomu nebo lomu vlivem tlaku prostředí

Zpracování Ti slitin výroba 1) z Ti houby (kontrola obsahu O, N, C, Si, Fe) + legujících prvků (kontrola čistoty) 2) z Ti-šrotu – přetavení, čištění. Dvojnásobné tavení a odlévání ve vakuu v obloukových pecích. Primární zpracování: operace válcování sochory, pásy, plechy, tyče, trubky, dráty, …. Sekundární zpracování: operace jako kování v zápustcích, protlačování, tvarování za tepla i za studena, chemické frézování, obrábění a spojování.

Tepelné zpracování Ti slitin Z různých důvodů: 1.

snížení zbytkových pnutí vzniklých při výrobě (odstranění vnitřního pnutí)

2.

získání vhodnější kombinace tažnosti, obrobitelnosti, a rozměrové a stability, zejm. pro slitiny + (žíhání)

3.

zvýšení pevnosti rozpouštěcím žíháním a stárnutím

4.

optimalizace speciálních vlastností, jako např. lomová houževnatost, mez únavy, mez pevnosti při creepu

Požadavky pro TZ

- dle složení slitiny:

Alfa a super-alfa

– se výrazně nemohou měnit

Beta

- TZ 1., 2. a 3.

Alfa-beta

strukturní

TZ – jen ad 1. a 2.

-


Vliv různých faktorů na mikrostrukturu Na mikrostrukturu a vlastnosti Ti slitin mají zejména:  celkové množství nečistot a legur  tavicí proces primárního ingotu  počet tavicích kroků  způsoby mechanického zpracování ingotu na válcované produkty  kovací postupy při tvarování  licí procesy a objem odlitků, zhutňovací procesy (HIP) za účelem snížení licí pórovitosti  procesy práškové metalurgie, včetně přípravy prášků  spojovací procesy při přípravě konstrukcí  finální tepelné zpracování nebo opracování  obráběcí procesy nebo povrchové úpravy

Způsoby modifikace vlastností Ti slitin Legování

Výroba

Kompozity

(chemie)

(mikrostruktura)

(MMC)


Intermetalické slitiny na bázi TiAl Fyzikální vlastnosti Teplota tavení Typ krystalické struktury Hustota Tepelná vodivost Modul elasticity

1440 C L10 (obr.23) 3,7-4,0 .103 kg.m-3 (stechiometrie) 22 W/m.K 160-180 GPa (závisí na teplotě)

Mechanické vlastnosti Tažnost, creepová pevnost, lomová houževnatost silně závisejí na typu struktury, tedy na množství Al a na tepelném zpracování: • struktura tvořená fází • duplexní struktura • lamelární struktura ( + 2) (odolnější proti creepu) • další dvoufázové struktury – supersolvus (malé částice v -fázi), subtransus (transformovaná zrna s malými ostrůvky nerozpuštěné fáze), duální struktura (zrna a zrna 2), Widmanstättenova struktura (jehlice v zrnech ) Creepovou odolnost lze zvýšit přídavkem Nb, Ta, W a Si.


Aplikace cp –Ti

CLEVELAND CLINIC LOU RUVO CENTER FOR BRAIN HEALTH – Las Vegas 2009-16 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl

Aplikace v automobilovém průmyslu Součásti z Ti slitin v osobním autě

Možnosti aplikací Ti slitin na součásti v osobním autě – návrh od firmy TIMET Automotive Division

Pružiny ventilu

Výfuková soustava

Ventily

Převodovka řízení

Misky pružin ventilů

Vodicí tyč nápravy

Vahadla ventilového rozvodu

Torzní tyč

Pístní čepy

Pružina nápravy

Kola rozvodových řemenů

Kola

Ojnice motoru, spojovací tyče

Vysokopevnostní spojovací prvky (šrouby, matice,..)

Lamely spojky, pružiny, kryty

Píst kotoučové brzdy

Skříň převodovky

Držák nárazníku

Hnací hřídel

Spodní kryty motoru odolné proti poškození


Aplikace v automobilovém průmyslu Součásti z Ti vyráběné sériově

Těsnící podložky(sealing washers) Pružiny nápravy (supsension springs)


Srovnání vlastností s ostatními materiály

Hustota 103 (kg/m3)

Youngův modul (GPa)

Mez kluzu (MPa)

Specifická pevnost

CP Titan

4.51

105

250 - 450

50 - 100

Ti-6Al-4V

4.43

112

900 - 1100

200 - 250

Ti - LCB®

4.79

110

950 - 1400

200 - 290

uhlíková ocel

7.8

200

350 - 450

45 - 60

Al slitina

2.8

70

100 - 350

35 - 125

Materiál

1. snížení hmotnosti auta o 1% snížení spotřeby paliva o 0,7%. 2. snížení hmotnosti pohyblivých částí motoru mnohem účinněji ovlivňuje úsporu paliva než snížení hmotnosti karosérie. 3. hustota Ti slitin – 60% hustoty ocelí + modul elasticity – 50% modulu elasticity ocelí přímé nahrazení ocelových součástí titanovými může okamžitě vést k 40 % snížení hmotnosti 4. nízký modul elasticity Ti pružiny, avšak vzhledem k tuhosti může být nutné změnit design součástí 5. specifická pevnost a specifická tuhost a únava Ti – velmi příznivé jak vzhledem k ocelím, tak i k Al slitinám.

Tab. Srovnání hodnot hustoty , pevnosti a specifické pevnosti pro slitiny Ti a ocel při 20 C

Tab. Vlastnosti pružin z Timetalu ve srovnání s ocelovými. Vlastnosti

ocel

Timetal LCB

Dovolené napětí (N.mm-2)

1000

1000

80

43

Hustota (g.cm-3)

7.82

4.78

Relativní hmotnost

100

33

Smykový modul (103 N.mm-2)


Aplikace - pružiny Yamaha YZ450F

How does titanium permit such competitive spring designs? Two equations govern the weight and the deflection under load of coil compression springs. In the first equation for spring weight, the load L and the spring rate R are fixed by the designer for the application, the low shear modulus and low density of titanium are in the numerator of the equation, and high allowable stress in the denominator. Weight is therefore minimised when titanium is used. In the second equation, the low shear modulus of titanium is in the denominator, thus deflection is increased. As a consequence the number of active coils may be reduced, this in turn permitting a reduction of the free height of the spring (50- 80% that of a comparable steel spring), with further weight reduction, and a higher natural frequency.

Aplikace - pružiny přední nápravy u Ferrari


Aplikace - výfuková soustava - Ti výfuková soustava: o 30% lehčí. - výrazně ovlivní hmotnost motorky.

Yamaha YZ450F

Garage HRS Full Titanium Exhaust Mitsubishi EVO VIII / IX 03+ Price:$1,850.00

AMUSE R1 Titanium Exhaust HKS Carbon-Ti Exhaust Mitsubishi Lancer Evolution 2003-2004 2.0 Turbo Price:$749.00 2009-10 Losertová Monika VŠB-TUO, sylaby přednášek Slitiny nž kovů pro automobilový průmysl

Aplikace - ventily kratší Ti ventily a nové písty hlava válců přispívá ke kompaktnosti motoru zmenšení výšky hlavy válců z 100 mm na 93 mm o 10% menší. snížení průměru a zkrácení pístu o 7% lehčí Cygnus X 4V125 COLOR TITANIUM EXHAUST PIPE SYSTEM


Výroba ventilu z Ti slitiny -Lexus, Toyota

Výroba ventilů z ocelí


Aplikace – ojnice, sací ventily, výfukové ventily, aj.

sací potrubí

ARC Intake Suction Pipe (Titanium) - Mitsubishi EVO IX CT9A Price: $1,045.00


Aplikace


3D tisk Ti součástí Metalysis Creates the World’s First 3D-Printed Titanium Car Parts Rotherham-based company Metalysis just teamed up with engineers from Sheffield University to roll out the world’s first 3D-printed titanium car parts! The company has developed a novel process for producing titanium powder from sand to make the metal much more affordable. Although the technology for producing titanium parts is not quite ready for mass production, the company’s techniques for 3D printing car parts could cut waste and dramatically reduce the energy needed to power large-scale automotive plants and the long assembly lines housed within. Up until now, titanium powder was produced by atomizing blocks of metal. Metalysis discovered a novel process that’s much more affordable – the company uses electrolysis to extract a naturally occurring titanium ore from rutile sand found on beaches. The group then uses a laser-sintering printer to melt the fine metal powders into a fused, solid metal object. So far, Metalysis has used the technology to print impellers and turbochargers (both of which are used in conjunction with fuel injection), as well as aerofoils (the wing blade of an airplane propeller or boat rotor. The Sheffield University researchers plan to work with Metalysis to create other materials using the titanium powder such as alloys that would normally separate when formed with conventional titanium.

http://inhabitat.com/metalysis-creates-the-worlds-first-3d-printed-titanium-car-parts/


Aplikace intermetalických slitin TiAl

Tab.

Složení, výroba a výsledná mikrostruktura u slitin TiAl


Aplikace kompozitních materiálů na bázi Ti Výroba kompozitního materiálu s Ti (nebo Ti slitinou) přídavkem částic TiB2+/nebo TiC

matricí a s

Omezení aplikací materiálů z Ti – cena


Aplikace paměťových slitin TiNi - aktuátory, spojovací a propojovací prvky The first high-volume product (> 5Mio actuators / year) is an automotive valve used to control low pressure pneumatic bladders in a car seat that adjust the contour of the lumbar support / bolsters. The overall benefits of SMA over traditionally-used solenoids in this application (lower noise/EMC/weight/form factor/power consumption) were the crucial factor in the decision to replace the old standard technology with SMA. The 2014 Chevrolet Corvette became the first vehicle to incorporate SMA actuators, which replaced heavier motorized actuators to open and close the hatch vent that releases air from the trunk, making it easier to close. A variety of other applications are also being targeted, including electric generators to generate electricity from exhaust heat and ondemand air dams to optimize aerodynamics at various speeds.

Aplikace slitin s jevem tvarové paměti v souladu s úpravami v designu mechaniky systému pro odběr výkonné energie získávané z odpadního tepla


Aplikace paměťových slitin TiNi - aktuátory, spojovací a propojovací prvky Thermal actuators can be used in an automobile for several applications . Thermostats devices used for electrical switching in radiators, fans and engines. Control valves, for refrigerant and fuel systems. Temperature compensator devices used in engine valve lifters, compensating valves in fluid dampers and active washers for noise reduction in gearbox. Actuators used for air conditioning and climate systemsRecently, in October 2005, the company Furukawa announced that in collaboration with Daimler-Chrysler have developed a spring of SMA which control the valve system to change automatically the direction of the oil flow in the new AUTOTRONIC continuously variable transmission of the Mercedes-Benz Class A and B.

CAD schema of the intelligent fastener with SMA actuator, developed by Textron. Picture of the fasteners in an airbag assembly. José M. San Juan: Applications of Shape Memory Alloys to the Transport Industry “International Congress on Innovative Solutions for the Advancement of the Transport Industry” October 4-6, 2006, Edited by INASMET & TMS.


Aplikace paměťových slitin TiNi - aktuátory, spojovací a propojovací prvky Electrical actuators, which are specifically heated by an electrical current, to trigger the actuation. This actuation mode can be very fast, although the dynamic of the complete actuation cycle will be determined by the cooling cycle, that in general is much slower than during the electrical heating. Electrical actuators have been the subject of a big number of potential applications, most of them described in patent literature. Actuators for electric control of several devices such as fog-lamp louvers, retractable head-light, mirror adjustment, flaps or valves of the climate system, etc. Actuators for remotely lock and unlock doors, trunk and filler-inlet. Valves and active springs for smart control of the suspension system. Micro valves and actuators to control the shape and stiffness of the seats for improving the comfort. SMA have an important role to improve the active or passive car safety. One example is the ongoing project developed by Siemens , in which the detection of a side collision activates a SMA by an electrical current, and the shape change make a stronger connection with the car frame. This way, the energy of the impact is spread and better distributed, reducing the risk inside the car. Another application, under development, is the use of porous SMA obtained by SHS as passive damping materials to absorb the energy of the impact. New SMA metal matrix composites with ultra-high damping coefficient, could also be very useful to improve the safety and comfort of the cars. Most of the different devices or prototypes from previous applications, are patented or being developed in confidential R&D projects financed by private companies. So the technical information is in these cases very restricted. One general limitation of SMA for fastening and actuation in automotive applications is the working temperature range of Ti-Ni alloys, which is in practice limited to 90ºC. However, new shape memory alloys for high temperature (>200ºC), such as Ti-Ni-Pd and Cu-Al-Ni start to be available, and others are under development, although the price could not be yet affordable. However, if the worldwide demand of smart materials increases as expected, the cost of materials will go down to a reasonable cost. José M. San Juan: Applications of Shape Memory Alloys to the Transport Industry “International Congress on Innovative Solutions for the Advancement of the Transport Industry” October 4-6, 2006, Edited by INASMET & TMS.

Figure (a) Diagram of a micro-rotary actuator showing the clamping yoke, torsionally strained SMA wire, and electronic SMA actuator. Reprinted with permission from [104], copyright 1998 Elsevier. (b) The concept of tube-shaped SMA. Reprinted with permission from [105], copyright 2011 Elsevier. From: Micromachines 2015, 6(7), 879-901; doi:10.3390/mi6070879


Aplikace paměťových slitin TiNi - tlumiče The Investigation of a Shape Memory Alloy Micro-Damper for MEMS Applications Qiang Pan and Chongdu Cho, Journal ListSensors (Basel)v.7(9); 2007 SepPM

The prototype of SMA damper.

The configuration of the micro-damper: (a) Before loading; (b) During loading (F > Fc).


Vybrané slitiny Ti a jejich použití v jiných odvětvích a letectví Jmenovité složení/ Komerční název

Dodávané produkty

Všeobecný popis

Tyče,ingoty,plechy, protlačené výlisky,tenké plechy,pásy,dráty, pruty,roury,trubky,odlitky

Pro protikorozní ochranu v chem. a námoř.průmyslu

Tyče,ingoty,plechy, protl.výlisky, tenké plechy,dráty, výkovky

Nízká hustota, výborná svařitelnost, vysoká pevnost

Lopatky plynových turbín

Tenké plechy, pásy, tyče, ingoty, dráty,výkovky

Vysoká pevnost, tažnost, výborná creepová odolnost

Do 540 C; plynové turbíny, součásti konstrukce letadel

Tyče,ingoty,pruty,dráty, plechy,pásy,průlisky

Nejrozšířenější slitina Ti; Aplikace do 315 C

Disky a lopatky turbín, součásti konstrukce draku letadel, protézy, implantáty

Ti-6Al-6V-2Sn (UNS T56620)

Tyče, ingoty, průlisky, plechy, tenké plechy,dráty

Vysoká pevnost do 315 C

Konstrukce draku letadla

Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr4Mo (Beta C)

Tenké plechy, plechy, tyče, ingoty, dráty, roury, průlisky, odlitky

Čistý Ti

Ti-8Al-1Mo-1V (UNS R54810) Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242,UNS 54620) Ti-6Al-4V (UNS R56400, AECMA Ti-P63)

Ti-10V-2Fe-3Al

Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn (Ti-15-3)

Spojovací prvky, zařízeni pro geotermální vrty

Tenké plechy, plechy, tyče, ingoty, dráty,výkovky

Vysoká pevnost a tažnost; Jen do 315 C

Pro požadavky na homogenní tahové vlastnosti na povrchu i v objemu materiálu

Tenké plechy,pásy,plechy

Vysoká pevnost, tvařitelnost za studena, dobrá svařitelnost

Spony, konzoly, péra, láhve hasicích přístrojů,..

Výborná odolnost proti oxidaci do 650 C a creepu

Části kabin a výfuků

Ti-15Mo-3Al-2,7Nb0,2Si Ti-5Al-2Sn-2Zr4Mo-4Cr (Ti-17)

Typické použití

Výkovky


Aplikace slitin Ti - letectví - první a poslední celotitanové letadlo


Vybrané aplikace beta slitin Ti v letectví

přistávací podvozek


Titan a jeho slitiny. Čistý titan Slitiny titanu, + a Slitiny na bázi intermetalických fází -TiAl a -Ti 3 Al Slitiny na bázi TiNi (jev tvarové paměti)

Recommend Documents