Beth yw dur titaniwm?
Cyfeirir at ddur sy'n cynnwys cyfuniad o ditaniwm ac elfennau aloi ychwanegol fel nicel, molybdenwm, cromiwm, alwminiwm, vanadium, copr, a charbon fel dur titaniwm, a elwir hefyd yn ddur aloi titaniwm. Gellir gwella rhinweddau ffisegol a mecanyddol dur, megis cryfder, caledwch, gwydnwch torri asgwrn, a gwrthiant ymgripiad tymheredd uchel, trwy ychwanegu titaniwm fel elfen aloi.
O beth mae dur titaniwm wedi'i wneud?
Y metel cynradd yndur titaniwmyw haearn, sy'n ffurfio matrics sylfaen yr aloi. Mae maint yr haearn yn amrywio ond yn nodweddiadol mae tua 85-95 y cant yn ôl pwysau. Mae titaniwm yn cael ei adio i tua 5-15 y cant i roi priodweddau buddiol. Gellir ychwanegu symiau bach hefyd o elfennau aloi eraill fel nicel, molybdenwm, cromiwm, vanadium, copr, alwminiwm a charbon i diwnio priodweddau a nodweddion y dur ymhellach.
Mae cynhyrchu dur titaniwm yn dechrau gyda thoddi'r haearn a metelau eraill gyda'i gilydd mewn ffwrnais arc trydan neu ffwrnais sefydlu. Yna mae'r metel tawdd yn cael ei fireinio ac mae elfennau aloi fel titaniwm, nicel, cromiwm, molybdenwm yn cael eu hychwanegu mewn symiau manwl gywir. Yna caiff y cymysgedd ei fwrw i mewn i ingotau neu ei fwrw'n barhaus i biledau i'w brosesu ymhellach. Yna mae'r dur yn mynd trwy rolio poeth, triniaeth wres, a gweithio oer i gynhyrchu'r cynnyrch dur titaniwm terfynol.
Ar gyfer beth mae dur titaniwm yn cael ei ddefnyddio?
Mae dur titaniwm yn cael ei ddefnyddio mewn amrywiaeth eang o gymwysiadau hanfodol lle mae angen cryfder uchel, pwysau isel, a gwrthiant cyrydiad da. Rhai o brif ddefnyddiau dur titaniwm yw:
Diwydiant awyrofod: Defnyddir mewn rhannau strwythurol awyrennau fel adenydd, ffiwsiau, gerau glanio lle mae cryfder a phwysau isel yn hanfodol. Mae cryfder penodol uchel dur titaniwm yn helpu i wneud y mwyaf o gapasiti llwyth tâl ac effeithlonrwydd tanwydd.
Cymwysiadau diwydiannol: Defnyddir mewn tyrbinau stêm a nwy ar gyfer cynhyrchu pŵer. Mae'r cryfder tymheredd uchel yn caniatáu i gydrannau fel llafnau, disgiau, casinau wrthsefyll amgylcheddau eithafol. Defnyddir hefyd mewn cyfnewidwyr gwres a chyddwysyddion mewn gweithfeydd pŵer.
Diwydiant modurol: Fe'i defnyddir mewn rhannau fel rhodenni cysylltu, crankshafts, ffynhonnau, caewyr, cydrannau gwacáu lle mae angen cryfder ar dymheredd uchel. Mae'r cryfder blinder uchel yn werthfawr.
Diwydiant prosesu cemegol: Oherwydd ymwrthedd cyrydiad da, defnyddir duroedd titaniwm mewn adweithyddion cemegol, cyfnewidwyr gwres, falfiau, pympiau ar gyfer trin amgylcheddau cyrydol.
Mewnblaniadau biofeddygol: Mae'r biocompatibility a'r ymwrthedd cyrydiad yn caniatáu defnydd mewn mewnblaniadau llawfeddygol fel cymalau clun a phen-glin, platiau esgyrn, sgriwiau.
Nwyddau chwaraeon: Mae clybiau golff, fframiau beiciau ac ymylon yn defnyddio'r gymhareb cryfder i bwysau uchel a gwrthsefyll blinder.
Offer prosesu bwyd: Gydag ymwrthedd cyrydiad da, mae duroedd titaniwm yn perfformio'n dda mewn cyllyll a ffyrc, llestri pwysau, boeleri ar gyfer prosesu bwyd.
A yw dur titaniwm o ansawdd da?
Ydy, mae dur titaniwm yn cael ei ystyried yn ddeunydd peirianneg o ansawdd uchel oherwydd yr eiddo ffafriol canlynol:
Cryfder tynnol uchel - Yn nodweddiadol mae gan ddur titaniwm gryfderau tynnol yn amrywio o 700 MPa i 1300 MPa, sy'n sylweddol uwch na duroedd confensiynol. Mae hyn yn caniatáu dylunio cydrannau ysgafn.
Hydwythedd da - Er gwaethaf y cryfder uchel, mae dur titaniwm yn cadw hydwythedd gweddus i osgoi methiant cynamserol o dan straen. Mae gwerthoedd elongation yn amrywio o 10-25 y cant yn y rhan fwyaf o aloion titaniwm.
Cryfder blinder rhagorol - Mae ymwrthedd straen cylchol duroedd titaniwm yn fwy na duroedd aloi eraill, gan eu gwneud yn ddelfrydol ar gyfer cymwysiadau deinamig.
Gwrthiant cyrydiad rhagorol - Mae titaniwm yn gwella'r ymwrthedd cyrydiad yn fawr oherwydd ei natur anhydrin. Mae hyn yn caniatáu defnydd mewn amgylcheddau llym.
Cryfder tymheredd uchel - Mae duroedd titaniwm yn cynnal eu cryfder a'u gwrthiant ymgripiad ar dymheredd hyd at 600 gradd, gan ganiatáu cymwysiadau tymheredd uchel.
Ehangu thermol isel - Cyfernod ehangu thermol yw bron i hanner y dur, gan leihau warping a blinder thermol.
Anfagnetig - Mae ychwanegu titaniwm yn cynhyrchu aloi anfagnetig, sy'n ddefnyddiol mewn rhai cymwysiadau hanfodol.
Mae ansawdd a pherfformiad premiwm duroedd titaniwm yn dod am gost uwch. Fodd bynnag, o'u hystyried dros gylch oes y cynnyrch, mae'r priodweddau uwchraddol fel arfer yn cyfiawnhau'r tag pris cychwynnol uwch.
A yw dur titaniwm yr un peth â dur di-staen?
Na, mae dur titaniwm a dur di-staen yn ddeunyddiau hollol wahanol o ran cyfansoddiad, priodweddau a chymwysiadau. Y gwahaniaethau allweddol yw:
Cyfansoddiad: Mae duroedd di-staen yn cynnwys lefelau uchel o gromiwm (10-20 y cant ) a nicel (8-20 y cant ) ynghyd â dur.Titaniwmmae dur yn cynnwys titaniwm fel y brif elfen aloi gyda symiau bach iawn o gromiwm a nicel.
Priodweddau: Mae duroedd di-staen yn deillio eu cryfder o gynnwys cromiwm uchel a thriniaeth wres dilynol. Mae duroedd titaniwm yn cael eu cryfder o ditaniwm gan weithredu fel atgyfnerthydd datrysiad solet yn y matrics haearn.
Gwrthiant cyrydiad: Mae dur di-staen yn dibynnu'n bennaf ar yr haen cromiwm ocsid ar gyfer ymwrthedd cyrydiad. Mae dur titaniwm yn dibynnu ar anadweithiol titaniwm ar gyfer gwrthsefyll cyrydiad.
Cryfder tymheredd uchel: Mae duroedd titaniwm yn cadw cryfder a gwrthiant ymgripiad hyd at 600 gradd. Ni all dur gwrthstaen weithredu uwchlaw 300-400 gradd oherwydd dyddodiad cyfnodau brau.
Athreiddedd magnetig: Mae duroedd di-staen yn ferromagnetig oherwydd haearn a chromiwm. Mae duroedd titaniwm yn anfagnetig.
Cost: Mae titaniwm yn ddrutach na chromiwm a nicel. Felly mae duroedd titaniwm yn costio mwy na duroedd di-staen.
Ceisiadau: Er bod rhywfaint o orgyffwrdd, defnyddir duroedd titaniwm yn gyffredinol lle mae cymhareb cryfder-i-bwysau uwch, ymwrthedd blinder neu berfformiad tymheredd uchel yn hollbwysig. Mae duroedd di-staen yn dod o hyd i ddefnydd ehangach ar gyfer cymwysiadau cyrydiad cyffredinol.
I grynhoi, mae gan ditaniwm a dur di-staen gyfansoddiadau hollol wahanol wedi'u teilwra i ddatblygu priodweddau a chymwysiadau penodol. Mae duroedd titaniwm yn cynnig cymhareb cryfder-i-bwysau uwch ond am gost uwch. Mae dur di-staen yn darparu ymwrthedd cyrydiad rhagorol am gost is. Mae'r dewis yn dibynnu ar ofynion penodol y cais.
Cyfeiriadau:
Davis, JR (1993). Alloying: Deall y Hanfodion. ASM Rhyngwladol.
Lütjering, G. (2003). Titaniwm (Deunyddiau a Phrosesau Peirianneg). Gwyddoniaeth a Chyfryngau Busnes Springer.
Polmear, IJ (2005). Aloion Ysgafn: Meteleg y Metelau Ysgafn. Butterworth-Heinemann.
Donachie, MJ (2000). Titaniwm: Canllaw Technegol. ASM Rhyngwladol.
Bauccio, M. (1993). Cyfeirlyfr Metelau ASM. ASM Rhyngwladol.
Baldev Raj, TS, Jayakumar T. (2011). Ymddygiad Cyrydiad o Aloion Titaniwm. yn Bhadeshia HKDH, Honeycombe RWK (gols) Steels. Springer, Berlin, Heidelberg.
