Sản Xuất Hợp Kim Titan Trong Công Nghiệp
Hợp kim titan có độ bền cao và mật độ thấp, tính chất cơ học tuyệt vời, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn vượt trội, tuy nhiên, hợp kim titan có khả năng gia công kém, khiến chúng khó cắt và dễ hấp thụ các tạp chất như hydro, oxy, nitơ và cacbon trong quá trình gia công nóng, chúng cũng có khả năng chống mài mòn kém và quy trình sản xuất phức tạp.
Đến với bài viết dưới đây, hãy cùng Y Tế Chính Hãng tìm hiều thêm về Sản Xuất Hợp Kim Titan Trong Công Nghiệp nhé!
Sản Xuất Hợp Kim Titan Trong Công Nghiệp
Những năm đầu của Sản Xuất Hợp Kim Titan
Sản Xuất Hợp Kim Titan Trong Công Nghiệp bắt đầu vào năm 1948, được thúc đẩy bởi nhu cầu của ngành hàng không, ngành công nghiệp hợp kim titan đã tăng trưởng với tốc độ trung bình hàng năm khoảng 8%, sản lượng vật liệu hợp kim titan hàng năm trên toàn cầu đã đạt hơn 40.000 tấn, với gần 30 loại hợp kim titan.
Các hợp kim titan được sử dụng rộng rãi nhất là Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) và titan tinh khiết công nghiệp (TA1, TA2 và TA3).
Hợp kim titan chủ yếu được sử dụng trong các bộ phận máy nén động cơ máy bay, sau đó là các bộ phận kết cấu cho tên lửa, tên lửa đạn đạo và máy bay tốc độ cao.
Đến giữa những năm 1960, titan và hợp kim của nó đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, bao gồm điện cực điện phân, tụ điện cho nhà máy điện, lò sưởi lọc dầu và khử muối, và các thiết bị kiểm soát ô nhiễm môi trường, titan và hợp kim của nó đã trở thành vật liệu kết cấu chống ăn mòn, chúng cũng được sử dụng trong sản xuất vật liệu lưu trữ hydro và hợp kim nhớ hình.
Tại châu Á bắt đầu nghiên cứu về titan và hợp kim titan vào năm 1956; vào giữa những năm 1960, sản xuất titan công nghiệp bắt đầu và hợp kim TB2 được phát triển.
Hợp kim titan là một vật liệu kết cấu mới và quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ, trọng lượng riêng, độ bền và nhiệt độ hoạt động của nó nằm giữa nhôm và thép, nhưng bền hơn cả hai và có khả năng chống ăn mòn trong nước biển tuyệt vời và hiệu suất nhiệt độ cực thấp, nó được sử dụng lần đầu tiên tại Hoa Kỳ vào năm 1950 trên máy bay ném bom chiến đấu F-84 trong các bộ phận không chịu lực như tấm chắn nhiệt thân sau, ống hút gió và chụp đuôi, bắt đầu từ những năm 1960, việc sử dụng hợp kim titan đã chuyển từ thân sau sang thân giữa, thay thế một phần thép kết cấu trong sản xuất các bộ phận chịu lực quan trọng như vách ngăn, dầm và thanh chắn cánh tà.
Việc sử dụng hợp kim titan trong máy bay quân sự đã tăng nhanh chóng, đạt 20% đến 25% trọng lượng kết cấu của máy bay.
Bắt đầu từ những năm 1970, hợp kim titan bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong máy bay dân dụng, ví dụ như Boeing 747 đã sử dụng hơn 3.640 kg titan, hợp kim titan chủ yếu được sử dụng trong máy bay lớn hơn để thay thế thép và giảm trọng lượng kết cấu, ví dụ, máy bay trinh sát tầm cao SR-71 của Mỹ (có khả năng bay ở độ cao 26.212 mét) có hợp kim titan chiếm 93% trọng lượng kết cấu, khiến nó được đặt biệt danh là “toàn titan”, khi tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng của động cơ máy bay tăng từ 4-6 lên 8-10 và nhiệt độ đầu ra của máy nén tương ứng tăng từ 200-300°C lên 500-600°C, hợp kim titan phải được sử dụng thay cho thép không gỉ cho đĩa và cánh máy nén áp suất thấp, giúp giảm trọng lượng.
Vào những năm 1970, hợp kim titan thường chiếm 20% đến 30% tổng trọng lượng của động cơ máy bay, chủ yếu được sử dụng trong các bộ phận máy nén như quạt titan rèn, đĩa và cánh máy nén, cũng như vỏ máy nén titan đúc, vỏ trung gian và vỏ ổ trục, tàu vũ trụ chủ yếu sử dụng hợp kim titan vì độ bền riêng cao, khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt độ thấp trong các bình chịu áp suất, thùng nhiên liệu, ốc vít, dây đeo dụng cụ, kết cấu và vỏ tên lửa; vệ tinh nhân tạo, mô-đun mặt trăng, tàu vũ trụ có người lái và tàu con thoi cũng sử dụng mối hàn tấm hợp kim titan.
Phương pháp xử lý nhiệt đối với Hợp kim Titan
Các phương pháp xử lý nhiệt phổ biến bao gồm ủ, xử lý dung dịch và lão hóa.
Ủ được thực hiện để loại bỏ ứng suất bên trong, cải thiện độ dẻo và độ ổn định cấu trúc, đồng thời đạt được hiệu suất tổng thể tối ưu, nhiệt độ ủ đối với hợp kim α và (α+β) thường thấp hơn 120-200°C so với điểm chuyển pha (α+β) sang β.
Xử lý dung dịch và lão hóa bao gồm làm nguội nhanh từ dải nhiệt độ cao để tạo ra pha martensitic α′ và pha β bán bền, các pha này sau đó được giữ ở nhiệt độ vừa phải để phân hủy các pha bán bền này, tạo ra các hạt pha thứ hai phân tán mịn như pha α hoặc các hợp chất, do đó tăng cường độ bền cho hợp kim, quá trình tôi hợp kim (α+β) thường được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn điểm chuyển pha (α+β) sang β từ 40-100°C, trong khi quá trình tôi hợp kim β bán bền được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn điểm chuyển pha (α+β) sang β từ 40-80°C, nhiệt độ lão hóa thường là 450-550°C.
Kết luận
Tóm lại, quá trình xử lý nhiệt hợp kim titan có thể được tóm tắt như sau
Ủ khử ứng suất: Mục đích là để loại bỏ hoặc giảm ứng suất dư sinh ra trong quá trình gia công, nó cũng có thể ngăn ngừa sự ăn mòn hóa học trong một số môi trường ăn mòn và giảm biến dạng.
Ủ hoàn toàn: Mục đích là để đạt được độ dẻo dai tốt, cải thiện hiệu suất gia công, tạo điều kiện gia công lại và cải thiện tính ổn định về kích thước và cấu trúc.
Xử lý dung dịch và lão hóa: Mục đích là để cải thiện độ bền của nó, hợp kim titan α và hợp kim titan β ổn định không thể trải qua quá trình xử lý nhiệt tăng cường và chỉ được ủ trong quá trình sản xuất, hợp kim titan α+β và hợp kim titan β bán bền chứa một lượng nhỏ pha α có thể được tăng cường thêm bằng cách xử lý dung dịch và lão hóa.
Ngoài ra, để đáp ứng các yêu cầu đặc biệt của phôi, ngành công nghiệp còn sử dụng các quy trình xử lý nhiệt kim loại như ủ kép, ủ đẳng nhiệt, xử lý nhiệt β và xử lý nhiệt biến dạng.
Xem thêm: bài viết Phân Loại Của Hợp Kim Titan tại ytechinhhang.com
Titan là một dạng thù hình có nhiệt độ nóng chảy là 1668°C, dưới 882°C, nó có cấu trúc mạng lục giác xếp khít, được gọi là α-titan; trên 882°C, nó có cấu trúc mạng lập phương tâm khối, được gọi là β-titan.
