Er titan en superlegering?
introdusere
Moderne produksjonsstandarder er svært krevende. Ingeniører og designere blir stadig bedt om å møte bransjekrav når det gjelder ytelse, lang levetid, bærekraft og kostnadsoptimalisering. Industriell produksjon er i en konstant utvikling. Nye designprinsipper, produksjonsmetoder og materialer er avgjørende for innovasjon.
Noen bransjer kan være spesielt krevende, som for eksempel romfartsindustrien. Flyprodukter er utsatt for ekstreme forhold i løpet av levetiden. Tradisjonelle metoder og materialer er ikke nok til å møte industristandarder: det er derfor romfartsingeniører bruker materialer som superlegeringer.
Hva er høytemperaturlegeringer?
I hovedsak er superlegeringer materialer med ekstrem ytelsesstatistikk. Nøkkelegenskapene til superlegeringer er høy holdbarhet, ekstrem høy mekanisk styrke, termoelastisitet og lang levetid. Den viktigste egenskapen til superlegeringer er deres evne til å operere ved høye smeltetemperaturer. Alle de ovennevnte egenskapene gjør superlegeringer avgjørende for romfartsindustrien.
Den opprinnelige ideen om å utvikle materialer egnet for drift under ekstreme forhold stammet fra ønsket om å designe fly som kunne ta oss høyere og raskere. Utviklingen av superlegeringer er nært knyttet til den raske ekspansjonen av romfartsindustrien etter andre verdenskrig.
Typer høytemperaturlegeringer
Det finnes mange typer høytemperaturlegeringer som brukes i romfartsindustrien. En av de mest brukte variantene er titanbasert superlegering. Rent titan har en relativt lav tetthet, høy styrke og høy korrosjonsbestandighet. I tillegg er titan det eneste grunnstoffet som brenner med nitrogen. Titan er like sterkt som stål, men veier nesten halvparten så mye. Disse egenskapene alene gjør det til et ideelt materiale for romfartsindustrien, hvor vekt/styrke-forholdet er kritisk. Titan blandes med andre elementer i spesifikke proporsjoner for ytterligere å forbedre dets allerede utmerkede egenskaper.
En av de mest brukte titanbaserte legeringene er Ti-6Al-4V-legering. I tillegg til titan inneholder den også aluminium og vanadium og brukes først og fremst i cockpitrammer, vingebokser og festestrukturer i kommersielle fly. Legeringen viser en god balanse av egenskaper som styrke, duktilitet, bruddseighet, høytemperaturstyrke, krypeegenskaper, sveisbarhet, bearbeidbarhet og varmbearbeidbarhet. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-legering er en varmebestandig legering utviklet i andre halvdel av 1960-tallet. Dens varmebestandighetstemperatur er omtrent 450 grader. Denne legeringen brukes ofte i kompressorskiver der 500 grader er den øvre temperaturgrensen. Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo-legering, noen ganger kalt "Ti17"-legering, er en legering utviklet i USA i 1970-tallet som har høy styrke og utmerket bruddseighet. Dens varmebestandighetstemperatur er omtrent 350 grader. I kommersielle flymotorer er viften og akselen laget i ett stykke for å redusere motorvekten. Ti-10V-2Fe-3Al-legering har utmerket herdbarhet, høy styrke og høy utmattelsesstyrke, og brukes hovedsakelig til landingsutstyr.
I tillegg til titanbaserte legeringer, er ferrolegeringer en annen klasse legeringer som vanligvis brukes i en rekke bransjer, inkludert romfart og militær. I hovedsak er ferrolegeringer legeringer som hovedsakelig består av jern. Noen av de mest brukte jernbaserte legeringene er rustfritt stål, støpejern og høykarbonstål. Jernlegeringer viser generelt en god balanse av egenskaper, inkludert varme- og korrosjonsbestandighet, holdbarhet, styrke og termoelastisitet. Selv om de ikke viser de ekstreme egenskapene til titanbaserte superlegeringer eller andre høytemperaturlegeringer, gjør deres enkle syntese og kostnadseffektivitet dem uvurderlige.
En annen viktig klasse legeringer for romfarts- og militærindustrien er aluminiumslegeringer. Vekt-til-styrke-forholdet mellom råaluminium er allerede imponerende alene. Tilsetningen av legeringselementer som kobber, magnesium, mangan, silisium, tinn, nikkel og sink forbedrer disse egenskapene, noe som gjør aluminiumslegeringer perfekte for militære og romfartsapplikasjoner. 7xxx-serien med aluminiumslegeringer er de mest brukte i romfartsapplikasjoner. Det primære legeringselementet i 7xxx-serien er sink, noe som gjør denne klassen til de sterkeste aluminiumslegeringene. 7xxx-seriens legeringer har flytegrenser over 500 MPa. De vanligste 7xxx-legeringene er Al-Zn-Mg-Cu og Al-Li-Cu-Mg.
