Mis on titaanteras?
Terast, mis sisaldab kombinatsiooni titaanist ja täiendavatest legeerelementidest nagu nikkel, molübdeen, kroom, alumiinium, vanaadium, vask ja süsinik, nimetatakse titaanteraseks, mida tuntakse ka titaani legeerteraseks. Terase füüsilisi ja mehaanilisi omadusi, nagu tugevus, kõvadus, purunemiskindlus ja kõrgel temperatuuril roomamiskindlus, saab parandada titaani lisamisega legeerelemendina.
Millest on valmistatud titaanteras?
Peamine metall seestitaan teraseston raud, mis moodustab sulami põhimaatriksi. Raua kogus varieerub, kuid on tavaliselt umbes 85-95 massiprotsenti. Titaani lisatakse kasulike omaduste andmiseks kuni 5-15 protsenti. Terase omaduste ja omaduste edasiseks häälestamiseks võib väikestes kogustes lisada ka muid legeerelemente, nagu nikkel, molübdeen, kroom, vanaadium, vask, alumiinium ja süsinik.
Titaanterase tootmine algab raua ja teiste metallide kokkusulatamisest elektrikaareahjus või induktsioonahjus. Seejärel sulametall rafineeritakse ja lisatakse täpsetes kogustes legeerivaid elemente, nagu titaan, nikkel, kroom, molübdeen. Seejärel valatakse segu edasiseks töötlemiseks valuplokkideks või pidevalt kangideks. Seejärel läbib teras kuumvaltsimise, kuumtöötluse ja külmtöötlemise, et saada lõplik titaanterasest toode.
Milleks titaanterast kasutatakse?
Titaanterast kasutatakse paljudes kriitilistes rakendustes, kus on vaja suurt tugevust, väikest kaalu ja head korrosioonikindlust. Mõned titaanteraste peamised kasutusalad on järgmised:
Lennundustööstus: kasutatakse lennukite konstruktsiooniosades, nagu tiivad, kered, telikud, kus tugevus ja väike kaal on kriitilise tähtsusega. Titaanterase kõrge eritugevus aitab maksimeerida kandevõimet ja kütusesäästlikkust.
Tööstuslikud rakendused: kasutatakse auru- ja gaasiturbiinides energia tootmiseks. Kõrge temperatuuri tugevus võimaldab sellistel komponentidel nagu terad, kettad, korpused vastu pidada äärmuslikele keskkondadele. Kasutatakse ka elektrijaamade soojusvahetites ja kondensaatorites.
Autotööstus: kasutatakse sellistes osades nagu ühendusvardad, väntvõllid, vedrud, kinnitusdetailid, väljalaskekomponendid, kus on vaja tugevust kõrgetel temperatuuridel. Kõrge väsimustugevus on väärtuslik.
Keemiatööstus: tänu heale korrosioonikindlusele kasutatakse titaanterast keemilistes reaktorites, soojusvahetites, ventiilides, pumpades söövitava keskkonna käsitlemiseks.
Biomeditsiinilised implantaadid: biosobivus ja korrosioonikindlus võimaldavad kasutada kirurgilistes implantaatides, nagu puusa- ja põlveliigesed, luuplaadid, kruvid.
Sporditarbed: golfikepid, jalgrattaraamid ja veljed suurendavad tugevuse ja kaalu suhet ning väsimuskindlust.
Toidutöötlemisseadmed: Hea korrosioonikindlusega titaanteras toimib hästi söögiriistades, surveanumates, toiduainete töötlemise kateldes.
Kas titaanteras on hea kvaliteediga?
Jah, titaanterast peetakse kvaliteetseks insenerimaterjaliks järgmiste soodsate omaduste tõttu:
Kõrge tõmbetugevus – titaanteraste tõmbetugevus on tavaliselt vahemikus 700 MPa kuni 1300 MPa, mis on oluliselt suurem kui tavalistel terastel. See võimaldab kujundada kergeid komponente.
Hea elastsus – vaatamata suurele tugevusele säilitab titaanteras korraliku elastsuse, et vältida enneaegset purunemist pinge all. Enamiku titaanisulamite pikenemise väärtused on vahemikus 10-25 protsenti.
Suurepärane väsimustugevus – titaanteraste tsükliline pingekindlus ületab teisi legeerteraseid, muutes need ideaalseks dünaamilisteks rakendusteks.
Suurepärane korrosioonikindlus – titaan suurendab oluliselt korrosioonikindlust tänu oma tulekindlale olemusele. See võimaldab kasutada karmides keskkondades.
Tugevus kõrgel temperatuuril – titaanteras säilitab oma tugevuse ja libisemiskindluse temperatuuril kuni 600 kraadi, võimaldades kasutada kõrgel temperatuuril.
Madal soojuspaisumine – soojuspaisumistegur on peaaegu pool terasest, vähendades väändumist ja termilist väsimust.
Mittemagnetiline – titaani lisamine tekitab mittemagnetilise sulami, mis on kasulik teatud kriitilistes rakendustes.
Titaanteraste esmaklassiline kvaliteet ja jõudlus on kõrgema hinnaga. Kui aga arvestada toote elutsükli jooksul, õigustavad paremad omadused tavaliselt kõrgemat esialgset hinnasilti.
Kas titaanteras on sama mis roostevaba teras?
Ei, titaanteras ja roostevaba teras on koostise, omaduste ja rakenduste poolest täiesti erinevad materjalid. Peamised erinevused on järgmised:
Koostis: roostevaba teras sisaldab suures koguses kroomi (10-20 protsenti) ja niklit (8-20 protsenti) koos terasega.Titaanterased sisaldavad peamise legeeriva elemendina titaani minimaalses koguses kroomi ja niklit.
Omadused: Roostevaba teras saab oma tugevuse tänu suurele kroomisisaldusele ja sellele järgnevale kuumtöötlemisele. Titaanterased saavad oma tugevuse titaanist, mis toimib raudmaatriksis tahke lahuse tugevdajana.
Korrosioonikindlus: roostevaba teras sõltub korrosioonikindluse tagamiseks peamiselt kroomoksiidi kihist. Titaanteras sõltub korrosioonikindlusest titaani inertsusest.
Tugevus kõrgel temperatuuril: titaanteras säilitab tugevuse ja libisemiskindluse kuni 600 kraadini. Roostevaba teras ei saa rabedate faaside sadestumise tõttu töötada üle 300-400 kraadi.
Magnetiline läbilaskvus: roostevaba teras on raua ja kroomi tõttu ferromagnetiline. Titaanteras on mittemagnetiline.
Maksumus: titaan on kallim kui kroom ja nikkel. Seega maksavad titaanteras rohkem kui roostevaba teras.
Kasutusalad: kuigi esineb mõningast kattumist, kasutatakse titaanterast üldiselt seal, kus kõrgem tugevuse ja kaalu suhe, väsimuskindlus või kõrge temperatuuriga jõudlus on kriitilise tähtsusega. Roostevaba teras leiab laiemat kasutust üldistes korrosioonirakendustes.
Kokkuvõttes on titaanil ja roostevabal terasel täiesti erinev koostis, mis on kohandatud teatud omaduste ja rakenduste arendamiseks. Titaanterased pakuvad suurepärast tugevuse ja kaalu suhet, kuid kõrgema hinnaga. Roostevaba teras tagab suurepärase korrosioonikindluse madalamate kuludega. Valik sõltub rakenduse konkreetsetest nõuetest.
Viited:
Davis, JR (1993). Legeerimine: põhitõdede mõistmine. ASM International.
Lütjering, G. (2003). Titaan (tehnilised materjalid ja protsessid). Springeri teadus- ja ärimeedia.
Polmear, IJ (2005). Kergsulamid: kergmetallide metallurgia. Butterworth-Heinemann.
Donachie, MJ (2000). Titaan: tehniline juhend. ASM International.
Bauccio, M. (1993). ASM metallide teatmik. ASM International.
Baldev Raj, TS, Jayakumar T. (2011). Titaanisulamite korrosioonikäitumine. Bhadeshia HKDH, Honeycombe RWK (eds) Steels. Springer, Berliin, Heidelberg.
