התקדמות בפיתוח סגסוגות טיטניום

התכונות המצוינות של טיטניום, סגסוגות טיטניום ותרכובות טיטניום הובילו לצורך דחוף בהן. עם זאת, עלות הייצור הגבוהה הגבילה את היישום שלהם.

למרות תכונותיהם המעולות, חלקי סגסוגת טיטניום עדיין רחוקים מהיישום האוניברסלי של טיטניום וסגסוגותיו, עקב בעיות כמו מחירים גבוהים, יכולת צורה לקויה ויכולת ריתוך לקויה. בין אם מדובר בהיתוך ראשוני של המתכת או בעיבוד שלאחר מכן, המחיר של סגסוגת טיטניום גבוה בהרבה ממתכות אחרות.

עם הפיתוח של טכנולוגיית יצירת סגסוגת טיטניום כמעט נטו וריתוך קרן אלקטרונים, ריתוך קשת פלזמה, ריתוך לייזר וטכנולוגיות ריתוך מודרניות אחרות בשנים האחרונות, בעיות יצירה וריתוך של סגסוגת טיטניום אינן עוד גורם מפתח המגביל את היישום של סגסוגות טיטניום, בשנים האחרונות, מדינות מפתחות סוגים חדשים של סגסוגות טיטניום בעלות נמוכה ובעלי ביצועים גבוהים, ושואפות להפוך סגסוגות טיטניום לתחום התעשייה האזרחית עם פוטנציאל שוק עצום. ההתקדמות החדשה במחקר על חומרי סגסוגת טיטניום בבית ומחוצה לה באה לידי ביטוי בעיקר בהיבטים הבאים.

סגסוגת טיטניום בטמפרטורה גבוהה

בשנים האחרונות, מדינות זרות השתמשו בטכנולוגיית מיצוק מהיר / אבקת מתכות, חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבים או בחלקיקים כדי לפתח סגסוגות טיטניום ככיוון פיתוח סגסוגת טיטניום בטמפרטורה גבוהה, כך שניתן להגדיל את השימוש בסגסוגות טיטניום ליותר מ-650 מעלות טֶמפֶּרָטוּרָה. חברת מקדונל דאגלס האמריקאית פיתחה בהצלחה סגסוגת טיטניום בטוהר גבוה וצפיפות גבוהה תוך שימוש בטכנולוגיית מיצוק מהיר/מתכת אבקה, וחוזקה ב-760 מעלות שווה ערך לחוזקה של סגסוגת הטיטניום הנוכחית המשמשת בטמפרטורת החדר.

סגסוגת טיטניום מבוססת טיטניום-אלומיניום

בהשוואה לסגסוגות טיטניום כלליות, תרכובות טיטניום ואלומיניום המבוססות על תרכובות בין-מתכתיות של נתרן Ti3Al (2) ו-TiAl (), היתרון הגדול של ביצועי טמפרטורות גבוהות הוא טוב (טמפרטורה גבוהה של 816 ו-982 מעלות, בהתאמה), עמידות לחמצון, עמידות לזחילה ומשקל קל (צפיפות של סגסוגות בטמפרטורה גבוהה על בסיס ניקל רק 1/2), יתרונות אלו הופכים אותו לעתיד של רכיבים מבניים של מנועי אוויר ומטוסים עם חומר תחרותי. חוֹמֶר.

חוזק גבוה וקשיחות גבוהה מסוג סגסוגת טיטניום

סגסוגת טיטניום מוקדמת היא באמצע-1950 על ידי חברת Crucible של ארצות הברית שפותחה סגסוגת B120VCA (Ti-13v-11Cr-3Al). סגסוגות טיטניום מסוג בעלות תכונות עיבוד חמות וקרה טובות, קלות לזיוף, ניתנות לגלגול, מרותך, יכולות להיות פתרון מוצק - טיפול הזדקנות להשגת תכונות מכניות גבוהות, עמידות סביבתית טובה וחוזק וקשיחות שבר של התאמה טובה. סגסוגות טיטניום חדשות בעלות חוזק גבוה וקשיחות גבוהה נציגה מהסוגים הבאים:

Ti1023 (Ti-10v-2Fe-#al), רכיבי המבנה של הסגסוגת והמטוסים הנפוצים בשימוש בביצועי פלדה מבנית בעלת חוזק גבוה 30CrMnSiA ניתנים להשוואה לביצועי פרזול מעולים;

Ti153 (Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn), ביצועי העבודה הקרה של הסגסוגת טובים יותר מטיטניום טהור תעשייתי, וחוזק המתיחה בטמפרטורת החדר לאחר היישון יכול להגיע ליותר מ-1000MPa;

21S (Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si), הסגסוגת היא סוג חדש של סגסוגת טיטניום עמידה לחמצון וחזקה שפותחה על ידי חטיבת Timet של US Titanium Metals Company, עם עמידות טובה לחמצון, תכונות עבודה חמות וקרה מצוינות, ניתן להפוך לניידים בעובי של 0.064 מ"מ;

סגסוגת טיטניום מעכבת בעירה

לסגסוגות טיטניום קונבנציונליות יש נטייה להישרף בתנאים מסוימים, מה שמגביל במידה רבה את היישום שלהן. לאור מצב זה, כל המדינות השיקו את המחקר על סגסוגות טיטניום מעכבות בעירה ועשו כמה פריצות דרך. סגסוגת c שפותחה בארצות הברית, היא סגסוגת טיטניום מעכבת בעירה בלתי רגישה לבעירה רציפה, שימשה במנוע F119. BTT-1 ו-BTT-3 לפיתוח הרוסי של סגסוגות טיטניום מעכבות בעירה, הן סגסוגות Ti-Cu-Al, בעלות ביצועי תהליך דפורמציה תרמיים טובים למדי, ניתן להשתמש בהן לייצור חלקים מורכבים.

סגסוגת טיטניום רפואית

טיטניום אינו רעיל, קל משקל, חוזק גבוה ובעל תאימות ביולוגית מעולה, הוא חומר מתכת רפואי אידיאלי ביותר, יכול לשמש כשתלים המושתלים בגוף האדם. כיום, בשימוש נרחב בתחום הרפואי הוא עדיין סגסוגת Ti-6Al-4v ELI. עם זאת, האחרון יזרז כמות קטנה מאוד של יוני ונדיום ואלומיניום, יקטין את יכולת ההסתגלות הסלולרית שלו ועלול לגרום נזק לגוף האדם, בעיה זו עוררה מזה זמן רב דאגה נרחבת בקהילה הרפואית. ארצות הברית כבר באמצע ה-1980 החלה לפתח סגסוגות טיטניום נטולות אלומיניום, נטולות ונדיום, תואמות ביולוגיות לניתוחים אורטופדיים. יפן, בריטניה ומדינות אחרות עשו גם הרבה עבודת מחקר בתחום זה ועשו התקדמות חדשה. ההערכה היא שבעתיד הקרוב, עם חוזק גבוה, מודול גמישות נמוך, כמו גם תכונות מצוינות של יציקה ועמידות בפני קורוזיה של סגסוגת הטיטניום LU עשויה להחליף את ה-Ti-6Al-4V סגסוגת ELI, הנמצאת בשימוש נרחב בתחום הרפואי.