Quá khứ, hiện tại và tương lai của hợp kim Titan và Titan
1. Nguồn gốc kim loại titan
Kim loại titan lần đầu tiên được phát hiện bởi một nhà khoáng vật học nghiệp dư tên là Gregor ở Anh vào năm 1791. Đến năm 1795, nhà hóa học người Đức Klaprus đã đặt tên chất kim loại chưa được biết đến này theo tên vị thần Titans của Hy Lạp. Bản dịch tiếng Trung-Anh cho "titan". Titan có rất nhiều trên trái đất. Có hơn 140 khoáng chất titan được biết đến, nhưng ứng dụng công nghiệp chủ yếu là ilmenit và rutile. Trong số đó, trữ lượng ilmenite của Trung Quốc chiếm 28% trữ lượng thế giới, đứng đầu thế giới.
Titan là nguyên tố không độc hại được thế giới công nhận nhưng chi phí khai thác và sản xuất nó cao và đắt đỏ. Do một loạt các tiêu chuẩn như khả năng chịu nhiệt độ cao và thấp, khả năng kháng axit và kiềm mạnh, độ bền cao và mật độ thấp, nó đã trở thành vật liệu đặc biệt cho cùng tên lửa và vệ tinh của NASA, đồng thời cũng được sử dụng trong các siêu dự án như tàu sân bay Yutu, J{1}} và Sơn Đông của đất nước tôi. Sau khi bước vào lĩnh vực dân sự vào những năm 1980, nó đã trở thành "Vua kim loại danh dự" trong ngành dụng cụ thực phẩm nhờ đặc tính kháng khuẩn và sinh học tự nhiên.
Ngành công nghiệp titan ở nước tôi bắt đầu vào những năm 1950. Vào giữa những năm-1960, đất nước tôi đã xây dựng các nhà máy chế biến titan xốp và titan tương ứng ở Tuân Nghĩa và Baoji, điều đó có nghĩa là Trung Quốc đã trở thành một trong những cường quốc công nghiệp titan của thế giới. Vào thế kỷ 21, ngành công nghiệp titan của nước tôi đã bước vào một thời kỳ phát triển nhanh chóng mới, năng lực sản xuất titan của nước này thuộc hàng đầu thế giới.
2. Sự khác biệt giữa titan nguyên chất và hợp kim titan
Titan nguyên chất:
Hay còn gọi là titan nguyên chất công nghiệp hoặc titan nguyên chất thương mại, nó được phân loại theo hàm lượng các nguyên tố tạp chất. Nó có hiệu suất quá trình dập và hiệu suất hàn tuyệt vời, không nhạy cảm với loại kết cấu và xử lý nhiệt, và có độ bền nhất định trong điều kiện dẻo thỏa đáng. Sức mạnh của nó chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng các nguyên tố xen kẽ oxy và nitơ. Các đặc tính của titan nguyên chất công nghiệp 99,5% là: mật độ P=4.5g/cm3, điểm nóng chảy 1800 độ, độ dẫn nhiệt λ=15.24W/(MK), độ bền kéo σ b{{8} }MPa, độ giãn dài: δ=25% , Giảm diện tích ψ=25%, mô đun đàn hồi E=1.078×105MPa, độ cứng HB195.
Hợp kim titan:
Hợp kim titan là hợp kim bao gồm titan và các nguyên tố khác. Nó là một kim loại tương đối trẻ và có lịch sử chỉ từ 60 đến 70 năm kể từ khi được phát hiện. Vật liệu hợp kim titan có đặc tính nhẹ, độ bền cao, độ đàn hồi thấp, chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn, chủ yếu được sử dụng trong động cơ hàng không, tên lửa, tên lửa và các bộ phận khác. Titan có hai loại tinh thể đẳng hướng; titan là một đồng phân có nhiệt độ nóng chảy 1720 độ, khi thấp hơn 882 độ, nó có cấu trúc mạng tinh thể lục giác khép kín, gọi là titan; trên 882 độ, nó là cấu trúc mạng tinh thể tập trung vào cơ thể, được gọi là titan B, sử dụng các đặc tính khác nhau của hai cấu trúc titan trên và thêm các nguyên tố hợp kim thích hợp để thay đổi dần nhiệt độ chuyển pha và hàm lượng pha để thu được hợp kim titan (hợp kim titan) với các cấu trúc khác nhau.
Các nguyên tố hợp kim titan có thể được chia thành ba loại tùy theo ảnh hưởng của chúng đến nhiệt độ chuyển pha: ① Các nguyên tố ổn định pha a và tăng nhiệt độ chuyển pha là các nguyên tố ổn định, bao gồm nhôm, magie, oxy và nitơ. Trong số đó, nhôm là nguyên tố hợp kim chính của hợp kim titan, có tác dụng rõ rệt trong việc cải thiện độ bền của hợp kim ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao, giảm trọng lượng riêng và tăng mô đun đàn hồi. ② Các phần tử ổn định pha B và giảm nhiệt độ chuyển pha là các phần tử ổn định B. Nó cũng có thể được chia thành đẳng tinh thể và eutectoid. Loại thứ nhất bao gồm molypden, niobium, vanadi, v.v.; thứ hai bao gồm crom, mangan, đồng, silicon, v.v. ③ Các nguyên tố ít ảnh hưởng đến nhiệt độ chuyển pha là các nguyên tố trung tính, chẳng hạn như zirconi và thiếc.
TA1 (Tiêu chuẩn Mỹ Gr1)
Titan TA1 (Gr1) là loại titan đầu tiên trong bốn loại titan nguyên chất thương mại. Nó là loại mềm nhất và dễ uốn nhất trong số các loại này. Nó có khả năng định hình tối đa, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và độ bền va đập cao. Lớp TA1 là vật liệu được lựa chọn cho bất kỳ ứng dụng nào yêu cầu dễ tạo hình và thường có sẵn dưới dạng tấm titan và ống titan.
Cấp TA2 (Tiêu chuẩn Mỹ Gr2)
Do tính sẵn có đa dạng và rộng rãi, titan loại TA2 được biết đến như là “con ngựa thồ” của ngành công nghiệp titan nguyên chất thương mại. Nó có nhiều đặc tính giống như titan loại TA1 nhưng mạnh hơn một chút. Cả hai đều có khả năng chống ăn mòn như nhau. Lớp này có khả năng hàn, độ bền, độ dẻo và khả năng định hình tốt. Điều này làm cho thanh và tấm titan cấp TA2 trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều ứng dụng trong xây dựng, sản xuất điện, công nghiệp y tế và nhiều ứng dụng khác.
Cấp TA3 (Tiêu chuẩn Mỹ Gr3)
Loại này ít nhất sử dụng loại titan nguyên chất về mặt thương mại, nhưng điều đó không làm cho nó kém giá trị hơn. Lớp TA3 mạnh hơn lớp TA1 và TA2, có độ dẻo tương tự và chỉ có khả năng tạo hình nhẹ - nhưng nó có đặc tính cơ học cao hơn so với các lớp trước. Lớp TA3 được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi cường độ vừa phải và khả năng chống ăn mòn sơ cấp, như hàng không vũ trụ, xử lý hóa chất, công nghiệp hàng hải, v.v.
Cấp TA4 (Tiêu chuẩn Mỹ Gr4)
Lớp TA4 được coi là loại mạnh nhất trong số bốn loại titan nguyên chất thương mại. Nó cũng được biết đến với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, khả năng định dạng tốt và khả năng hàn. Nó được sử dụng trong một số thành phần khung máy bay, bình đông lạnh, bộ trao đổi nhiệt và các ứng dụng khác đòi hỏi độ phân giải cao.
Lớp TA9 (Tiêu chuẩn Mỹ Gr7)
Lớp TA9 tương đương về mặt cơ học và vật lý với Lớp TA2, ngoại trừ việc nguyên tố xen kẽ palladium được thêm vào để biến nó thành hợp kim. Lớp 7 có khả năng hàn và đặc tính tuyệt vời và có khả năng chống ăn mòn cao nhất trong tất cả các hợp kim titan. Trên thực tế, nó có khả năng chống ăn mòn cao nhất trong số các axit khử. Lớp TA9 được sử dụng cho các thành phần thiết bị sản xuất và quy trình hóa học. TA9 có khả năng chống ăn mòn cực mạnh, đặc biệt trong môi trường axit khử.
Lớp TA9-1 (Tiêu chuẩn Mỹ Gr11)
Lớp TA9-1 rất giống với Lớp TA1, ngoại trừ một lượng nhỏ palladium được thêm vào để tăng cường khả năng chống ăn mòn, khiến nó trở thành hợp kim. Khả năng chống ăn mòn này có thể được sử dụng để ngăn chặn sự ăn mòn kẽ hở và khử axit trong môi trường clorua. Các đặc tính hữu ích khác bao gồm độ dẻo tối ưu, khả năng tạo hình nguội, độ bền hữu ích, độ bền va đập và khả năng hàn tuyệt vời. Hợp kim này có thể được sử dụng trong các ứng dụng titan tương tự như Lớp 1, đặc biệt khi cần ăn mòn.
Ti 6Al-4V (tiêu chuẩn quốc gia TC4, tiêu chuẩn Mỹ Gr5, chẳng hạn như
Tấm titan lớp 5, Tấm titan lớp 5, Thanh Titan lớp 5)
Được biết đến như là "con ngựa thồ" của hợp kim titan là Ti 6Al{1}}V hoặc titan cấp 5, loại hợp kim được sử dụng phổ biến nhất trong số tất cả các hợp kim titan. Nó chiếm 50% tổng lượng tiêu thụ titan trên thế giới. Khả năng sử dụng của nó nằm ở nhiều lợi ích của nó. Ti 6Al-4V có thể được xử lý nhiệt để tăng độ bền. Nó có thể được sử dụng trong các kết cấu hàn ở nhiệt độ sử dụng lên tới 600 độ F. Hợp kim này có độ bền cao cho trọng lượng nhẹ, khả năng định dạng hữu ích và khả năng chống ăn mòn cao. Sự sẵn có của Ti 6AI-4V khiến nó trở thành hợp kim tối ưu để sử dụng trong một số ngành như ngành hàng không vũ trụ, y tế, hàng hải và chế biến hóa chất. Nó có thể được sử dụng để tạo nội dung kỹ thuật sau:
• Tua bin máy bay
• Linh kiện động cơ
• Các bộ phận kết cấu máy bay
• Chốt hàng không vũ trụ
• Phụ tùng tự động hiệu suất cao
• Ứng dụng hàng hải
• Dụng cụ thể thao
Thanh Titan Ti-6AL{1}}V ELI (tiêu chuẩn quốc gia TC4ELI, tiêu chuẩn Mỹ Gr23)
Loại Ti 6AL-4V ELI hoặc TC4ELI là dạng có độ tinh khiết cao hơn của Ti 6Al-4V. Nó có thể được làm thành cuộn dây, dây bện, dây hoặc dây dẹt. Đây là sự lựa chọn đầu tiên ở bất cứ nơi nào cần độ bền cao, trọng lượng nhẹ, khả năng chống ăn mòn tốt và độ bền cao. Nó có khả năng chịu thiệt hại tuyệt vời đối với các hợp kim khác. Những ưu điểm này khiến TC4ELI trở thành loại titan nha khoa và y tế cao cấp nhất. Do khả năng tương thích sinh học, độ bền mỏi tốt và mô đun thấp, nó có thể được sử dụng trong các ứng dụng y sinh như các bộ phận cấy ghép. Nó cũng có thể được sử dụng cho các thủ tục phẫu thuật chi tiết như:
• Ghim và ốc vít chỉnh hình
• Cáp chỉnh hình
• Kẹp dây chằng
• Phẫu thuật cấy ghép
• Dụng cụ chỉnh nha
• Trong thay khớp
• thùng chứa đông lạnh
• Thiết bị cố định xương
Cấp TA10 (Tiêu chuẩn Mỹ Gr12)
Titan cấp TA10 có cấp độ "Xuất sắc" do khả năng hàn chất lượng cao. Nó là một hợp kim có độ bền cao, cung cấp sức mạnh lớn ở nhiệt độ cao. Titan loại TA10 có đặc tính tương tự như thép không gỉ dòng 300. Hợp kim có thể được tạo hình nóng hoặc lạnh bằng cách tạo hình ép, tạo hình bằng hydro, tạo hình kéo dài hoặc giảm trọng lượng. Khả năng hình thành theo nhiều cách khác nhau khiến nó trở nên hữu ích trong nhiều ứng dụng. Khả năng chống ăn mòn cao của hợp kim này cũng làm cho nó trở nên vô giá đối với những thiết bị sản xuất mà vấn đề ăn mòn ở kẽ hở là mối lo ngại. Lớp TA10 có thể được sử dụng trong các ngành và ứng dụng sau:
• Vỏ và bộ trao đổi nhiệt
• Ứng dụng thủy luyện
• Sản xuất hóa chất nhiệt độ cao
• Linh kiện vận tải biển và hàng không
Ti 5Al-2.5Sn
Ti 5Al-2.5Sn là hợp kim không thể xử lý nhiệt, có thể có khả năng hàn và độ ổn định tốt. Nó cũng có độ ổn định nhiệt độ cao, độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt và khả năng chống leo tốt. Creep dùng để chỉ hiện tượng biến dạng dẻo xảy ra ở nhiệt độ cao trong thời gian dài. Ti 5Al-2.5Sn chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng máy bay và khung máy bay cũng như các ứng dụng đông lạnh.
