Omfattende forskningsrapport om titanium- og titanlegeringer: Grundlæggende egenskaber, forskningsfremskridt og fremtidige udfordringer

1 Grundlæggende fysiske og kemiske egenskaber ved titan- og titanlegeringer
Titanium, som et strategisk let metal, indtager en uerstattelig position i det høje - End Industrial Field med dets fremragende specifikke styrke (styrke/densitetsforhold) og alt - miljøkorrosionsbestandighed. Titaniets densitet er kun 4,51 g/cm³ (ca. 57% af stål), men dens styrke svarer til høj - styrke stål, hvilket gør det til den højeste specifikke styrke blandt metalmaterialer. Krystallstrukturen af ​​titanium er hexagonal tæt - pakket (HCP, fase) under 882 grader og krop - centreret kubik (BCC, fase) over 882 grad. Denne faseændringskarakteristik giver rige muligheder for legeringsdesign.

 

1.1 Mekanisk og miljømæssig tilpasningsevne Høj og lav temperatur ydeevne: Titaniumlegeringer opretholder stadig god styrke i området 450 - 600 grader, såsom Ti - 6al-4v, som opretholder en udbyttestyrke på mere end 500 MPa ved 400 grader. Ydelsen med lav temperatur er endnu mere fremragende. Forlængelsen af ​​TA7 -legering ved -253 graders flydende brinttemperatur er større end 12%, hvilket gør det til det foretrukne materiale til luftfart med kryogene brændstofbeholdere. Korrosionsmodstandsmekanisme: En tæt tio₂-passiveringsfilm (tykkelse 5-20 nm) dannes øjeblikkeligt på overfladen af ​​titanium, hvilket gør dens korrosionshastighed i havvand, chlor-alkali og sure medier lavere end 0,001 mm/a. Dens modstand mod pitting og stress korrosion krakning (SCC) er markant bedre end for rustfrit stål, og det er kendt som "havmetal". Biokompatibilitet: Den selvkorrosionsstrømdensitet af ren titanium i simulerede kropsvæsker er så lav som 2,24 × 10⁻⁸ A/cm², og manglen på frigivelse af metalion gør det til et kernemateriale til kunstige led og tandimplantater.

 

1.2 Iboende behandlingsudfordringer Termiske ledningsevnefejl: Den termiske ledningsevne er kun 17 W/M · K (1/14 af aluminium), og temperaturen i skærezonen er så høj som over 1000 grader, hvilket accelererer værktøjslitage. Høj kemisk aktivitet: Det reagerer med O, N og H ved høje temperaturer for at generere en 50 - 200 μm hærdet lag, som kræver inert atmosfære beskyttelse til behandling. Lav elastisk modul: Cirka 110 GPa (1/2 stål), hvilket resulterer i alvorlig behandling af springback og vanskeligheder med at kontrollere den dannende nøjagtighed af tyndvæggede dele.