Cos'è la lega di titanio ad alta temperatura?
Alta temperaturalega di titanio, nota anche come lega di titanio resistente al calore, può funzionare a lungo ad alta temperatura. Ha un'elevata resistenza alla fatica, una buona resistenza al creep e stabilità termica alla temperatura di servizio. Ha una buona resistenza alla fatica sia a temperatura ambiente che ad alta temperatura e una buona plasticità a temperatura ambiente.
Leghe di titanio con diverse temperature di servizio
Nel 1954, gli Stati Uniti svilupparono la lega Ti-6AI-4V, la prima lega di titanio ad alta temperatura con caratteristiche di fase +, che può essere utilizzata a 300~350 gradi ed è stata utilizzata nei veicoli spaziali come la navicella spaziale Apollo, il missile Atlas e il satellite Ranger. Tuttavia, la lega Ti-6AI-4V presenta degli svantaggi quali scarsa resistenza al calore, temprabilità insoddisfacente, scarse prestazioni di lavorazione a freddo e processo di preparazione complesso. Le leghe quasi-titanio hanno sia l'eccellente resistenza allo scorrimento delle leghe che l'elevata resistenza delle leghe +. Sono state sviluppate numerose leghe di titanio ad alta temperatura rinforzate con soluzioni solide aggiungendo una varietà di elementi di lega alle quasi leghe. Aggiunta di elementi come A1, Sn e Zr per aumentare la temperatura di ricristallizzazione delle leghe di titanio e aggiunta di elementi come Mo, W, Nb, Fe e Cr per aumentare la resistenza alle alte temperature delle leghe di titanio. La resistenza alle alte temperature delle leghe di titanio viene notevolmente migliorata attraverso la formazione di fasi multifase e composte e la temperatura operativa massima viene aumentata da 350 gradi a 600 gradi. La tabella 3-15 mostra le tipiche leghe di titanio con diverse temperature di servizio.
Tabella 3-15
La figura 3-56 mostra le parti in lega di titanio utilizzate nei motori nel Regno Unito e nel mio paese. Le parti del compressore del motore Rolls-Royce 593 sono quasi tutte realizzate in titanio. Come mostrato nella Figura 3-56 (a), i dischi a bassa e alta pressione sono realizzati in lega IMI550. il mio paese utilizza anche una varietà di leghe di titanio nei motori a reazione. Come mostrato nella Figura 3-56 (b), il rotore del compressore ad alta pressione è realizzato in lega TC11.
Figura 3-56 Parti in lega di titanio per motori
Negli ultimi anni, la maggior parte delle leghe di titanio ad alta temperatura da 600 gradi che sono state messe in uso o sono in fase di sviluppo in vari paesi sono sviluppate da leghe Ti-AI-Sn-Zr-Mo-Si, che sono quasi di tipo alto leghe di titanio a temperatura elevata. Elementi come Sn, Zr, Mo e Si vengono aggiunti alla lega di titanio per sfruttare appieno l'effetto di rafforzamento della soluzione solida di A|. La tabella 3-16 elenca la composizione nominale e le proprietà delle tipiche leghe di titanio ad alta temperatura che possono resistere a temperature di 600 gradi e superiori.
Gradi di leghe di titanio per alte temperature in vari paesi Tabella 3-16 elenchi
Si può vedere che le leghe di titanio ad alta temperatura che possono resistere a 600 gradi contengono tutte una certa quantità di elementi forti stabilizzanti A1, elementi neutri Sn e Zr e una piccola quantità (<4%) of B-stabilizing elements. Al is the most important alloying element in high-temperature titanium alloys. However, in order to prevent the precipitation of Ti;AI (α2) phase and make the alloy embrittled, the aluminum equivalent is usually controlled below 8%. The addition of Sn and Zr can improve the creep resistance of Ti-Al alloys without reducing the plasticity. A small amount of α-stabilizing elements can slow down the formation of α, phase and improve the process plasticity of the alloy. Among them, Mo is the most commonly used B-stabilizing element in high-temperature titanium alloys. After adding a small amount of Mo (<1%), the alloy has good high-temperature creep performance and thermal stability. Mo can also strengthen the B phase in high-temperature titanium alloys. Si is one of the important elements to improve the thermal strength of titanium alloys. High-temperature titanium alloys usually contain 0.1%~0.5% Si, which can greatly improve the high-temperature creep resistance of the alloy.
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