Přehled
Titanový prášek je univerzální kovový materiál, který je ceněn pro svou jedinečnou kombinaci vysoké pevnosti, nízké hustoty, odolnosti proti korozi a biokompatibility. Jako prášek usnadňuje titan pokročilé výrobní techniky, jako je vstřikování kovů (MIM), aditivní výroba (AM), lisování za tepla (HIP) a lisování a spékání práškové metalurgie (PM), které umožňují vytvářet složité titanové součásti.
Klíčové aplikace titanového prášku zahrnují letecké komponenty, lékařské implantáty, automobilové díly, sportovní vybavení, chemické zpracování a spotřební výrobky. Tato příručka poskytuje ucelený přehled titanového prášku, včetně výrobních metod, složení slitin, charakteristik, vlastností, specifikací, aplikací a světových dodavatelů. Jejím cílem je pomoci inženýrům, konstruktérům výrobků a vedoucím technických programů při výběru a používání. titanové prášky.
Výroba titanového prášku
Titanový prášek se vyrábí následujícími základními metodami:
Metody výroby titanového prášku
- Atomizace plynu - Vysokotlaký inertní plyn rozkládá roztavený titan na sférický prášek.
- Plazmová atomizace - Oblouky titanových elektrod vytvářejí ultrajemný sférický prášek
- Hydridace/dehydridace - Prášek hydridu titanu (TiO2) je dehydridován na jemný prášek.
- Mechanické frézování - Kulové mletí rozbíjí titanové třísky na nepravidelné částice
- Sféroidizace plazmy - Nepravidelný prášek roztavený v plazmatu za účelem získání kulovitých tvarů
Nejčastěji se používá plynová atomizace a mechanické frézování, které vytvářejí sférické a hranaté tvary prášku. Další třídění, úprava a míchání vytvářejí distribuci velikosti částic specifickou pro danou aplikaci.
Složení titanového prášku
Zatímco komerčně čisté titanové prášky jsou k dispozici, většina prášků pro průmyslové použití obsahuje malé množství legujících prvků:
Běžné složení titanového prášku
| Slitina | Primární legující prvky | Klíčové vlastnosti |
|---|---|---|
| CP Titanium | 99.5%+ Ti | Vynikající odolnost proti korozi |
| Ti-6Al-4V | 6% Al, 4% V | Vysoká pevnost, tepelně zpracovatelné |
| Ti-6Al-7Nb | 6% Al, 7% Nb | Vysoká pevnost, biokompatibilita |
| Ti-555 | 5% Al, 5% Mo, 5% V | Tepelně zpracovatelné, obrobitelné |
| Ti-1023 | 10% V, 2% Fe, 3% Al | Vysoká pevnost, dobrá tažnost |
Hliník, vanad a niob jsou běžné příměsi pro zvýšení pevnosti a zpracovatelnosti. Objevují se také stopy boru, uhlíku, železa a kyslíku.
Legování upravuje mikrostrukturu, tvrdost, obrobitelnost a další vlastnosti při zachování vynikající odolnosti proti korozi.
Charakteristiky titanových prášků
Mezi hlavní vlastnosti titanového prášku patří:
Charakteristika titanového prášku
| Charakteristický | Typické hodnoty | Význam |
|---|---|---|
| Velikost částic | 10 - 150 mikronů | Chování při spékání, povrchová úprava |
| Tvar částic | Sférické, hranaté, dendritické | Průtok prášku a hustota balení |
| Zdánlivá hustota | 1,5 - 4,0 g/cc | Chování při stisku a manipulaci |
| Hustota poklepání | 2,5 - 4,5 g/cc | Ukazatel stlačitelnosti |
| Hallův průtok | 25 - 35 s/50 g | Tekutost prášku |
| Ztráta při zapálení | 0,1 - 0,5 wt% | Obsah kyslíku a vlhkosti |
| Pyroforičnost | Žádný | Hořlavost a bezpečnostní opatření při manipulaci |
Distribuce velikosti částic a tvar prášku významně ovlivňují tok prášku, zhutnění, reakci na slinování a hustotu lisovaných a slinovaných dílů. Zdánlivá hustota udává stlačitelnost prášku.
Vlastnosti Titanové prášky
Mezi klíčové vlastnosti titanového prášku patří:
Vlastnosti titanového prášku
| Vlastnictví | Pure Ti | Ti-6Al-4V | Ti-6Al-7Nb |
|---|---|---|---|
| Hustota | 4,5 g/cc | 4,43 g/cc | 4,52 g/cc |
| Pevnost v tahu | 240 MPa | 930 MPa | 900 MPa |
| Mez kluzu | 170 MPa | 860 MPa | 825 MPa |
| Prodloužení | 24% | 10% | 15% |
| Elastický modul | 102 GPa | 114 GPa | 105 GPa |
| Tvrdost | 80 HB | 334 HB | 321 HB |
| Tepelná kapacita | 522 J/kg-K | 526 J/kg-K | 527 J/kg-K |
| Tepelná vodivost | 7,2 W/m-K | 7,2 W/m-K | 6,7 W/m-K |
Legování hliníkem, vanadem a niobem výrazně zvyšuje pevnost a tvrdost. Specifické vlastnosti silně závisí na konečné mikrostruktuře.
Aplikace titanového prášku
Mezi klíčové aplikace titanového prášku patří:
Aplikace titanového prášku
| Průmysl | Používá | Hlavní důvody |
|---|---|---|
| Aerospace | Konstrukční součásti, lopatky turbín, spojovací materiál | Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti |
| Lékařský | Ortopedické implantáty, zubní implantáty, chirurgické nástroje | Biokompatibilita, odolnost proti korozi |
| Automobilový průmysl | ojnice, ventily, pružiny, spojovací materiál | Nízká hmotnost, výkon |
| Chemické | Nádrže, potrubí, ventily, čerpadla | Odolnost proti korozi |
| Sportovní zboží | Golfové hole, jízdní kola, helmy | Pevnost, mechanické vlastnosti na míru |
| Petrochemický | Nástroje pro vrtání, díly pro ústí vrtů | Pevnost, odolnost proti korozi |
Díky svým jedinečným vlastnostem je titan atraktivní pro snížení hmotnosti leteckých součástí při zachování mechanické integrity v extrémních podmínkách.
Vynikající biokompatibilita a odolnost proti korozi jsou důvodem použití v ortopedických a zubních implantátech. Schopnost přizpůsobit vlastnosti titanu usnadňuje výrobu sportovních výrobků se specializovanými výkonnostními charakteristikami.
Specifikace pro titanové prášky
Složení a kvalita titanového prášku jsou definovány různými standardními specifikacemi:
Standardy titanového prášku
| Standard | Oblast působnosti | Velikost částic | Čistota | Chemie |
|---|---|---|---|---|
| ASTM B348 | Nelegovaný Ti prášek třídy 1-4 | -635 ok | 99.5%, 99.9%, 99.95% Ti | O, C, N, H limity |
| ASTM B801 | Prášek ze slitiny Ti-6Al-4V | -635 ok | Rozsahy složení Ti, Al, V | Intersticiální limity |
| ISO 23301 | Aditivní výroba Ti prášku | 10-45 mikronů | 99.5%+ Ti | O, N, C, H, Fe limity |
| AMS 4992 | Prášek Ti-6Al-4V pro letecký průmysl | -150 ok | Rozsahy složení Ti, Al, V | Intersticiální limity |
Ty definují přijatelné úrovně přídavků legujících látek, nečistot, jako je kyslík/dusík/uhlík, rozdělení velikosti částic a další zkušební metody relevantní pro různé aplikace.
Globální dodavatelé Titanové prášky
Titanový prášek vyrábí mnoho velkých společností a také menší regionální výrobci:
Výrobci titanového prášku
| Dodavatel | Výrobní metody | Materiály | Schopnosti |
|---|---|---|---|
| ATI Metals | Rozprašování plynu | Ti-6Al-4V, Ti-1023, čistý Ti | Široký rozsah slitin, velké objemy |
| Praxair | Rozprašování plynu | Ti-6Al-4V, CP Ti | Malé šarže, rychlé dodání |
| Přísada pro tesaře | Atomizace plynu, hydrid-dehydrid | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, čistý Ti | Slitiny na zakázku, malé série |
| AP&C | Plazmová atomizace | CP Ti, slitiny Ti | Ultrajemný prášek 10-45 mikronů |
| Tekna | Sféroidizace plazmy | Ti-6Al-4V, CP Ti | Přeměna třísek na sférický prášek |
| Baoji Hanz Titanium | Hydriding | CP Ti, Ti-6Al-4V | Nízké nákladyČínský výrobce |
Mnoho z nich dodává standardní i zakázkové složení slitin. Některé z nich poskytují zpracování šrotu a třísek na prášek za úplatu.
Výběr titanového prášku
Klíčová hlediska pro výběr titanového prášku zahrnují:
- Složení slitiny - Vyváží požadované vlastnosti, jako je pevnost, tažnost, tvrdost.
- Úroveň čistoty - Ovlivňuje mechanické vlastnosti a mikrostrukturu
- Velikost a tvar částic - Vliv na tok prášku, hustotu a povrchovou úpravu
- Zdánlivá a kohoutková hustota - Označuje stlačitelnost a spékací reakci
- Chemická kompatibilita - Pro provozní podmínky, jako jsou kyseliny nebo slaná voda
- Postupy odběru vzorků - Reprezentativní testování šarží prášku
- Certifikace kvality - ISO 9001, AS9100 atd.
- Technické znalosti od výrobce prášku
Vzorky a prototypy pomáhají kvalifikovat nové slitiny a prášky pro danou aplikaci. Úzce spolupracujte s renomovanými dodavateli, abyste získali dobře charakterizovaný titanový prášek pro dosažení optimálních výsledků.
FAQ
Jaké jsou výhody titanového prášku rozprašovaného plazmou?
Plazmová atomizace vytváří velmi kulovité, tekoucí částice o velikosti obvykle 10-45 mikronů. To umožňuje dosáhnout vynikající hustoty slinutého materiálu a povrchové úpravy.
Co způsobuje, že je titanový prášek pyroforický?
Pyroforický titanový prášek se na vzduchu samovolně vznítí. To je způsobeno extrémně malou velikostí částic pod 10 mikronů, která výrazně zvyšuje povrch a reaktivitu. Pro manipulaci s pyroforickými prášky používejte inertní plyn.
Jak ovlivňuje tvar částic vlastnosti titanového prášku?
Sférický prášek dobře teče a poskytuje vyšší a rovnoměrnější hustotu a mechanické vlastnosti. Nepravidelný prášek nabízí lepší pevnost v zeleném stavu a stlačitelnost, ale méně předvídatelné smršťování.
Jaké následné zpracování může zlepšit opětovné použití titanového prášku?
Třídění, mletí a tepelné zpracování umožňují opětovné použití prášků mimo specifikaci. Plazmová sféroidizace přeměňuje třísky a hrubší částice na sférické práškové suroviny.
Jaké normy platí pro aditivní výrobu titanových dílů?
Norma ASTM F3001-14 se zabývá charakterizací a kontrolou kvality prášku slitiny Ti pro AM. Norma ASTM F2924-14 uvádí standardní zkušební metody pro hodnocení mechanických vlastností titanu pro AM.
Lze 3D tisknout kompozitní konstrukci z titanu a oceli?
Ano, některé procesy 3D tisku kovů přecházejí mezi slitinami titanu a nerezové oceli v rámci jednoho dílu přesným přepínáním materiálu, aby se vytvořily bimetalické součásti.
Závěr
Práškový titan poskytuje inženýrům velkou flexibilitu při výrobě vysoce výkonných součástí díky jedinečným vlastnostem tohoto kovu. Pečlivý výběr vlastností prášku a úzká spolupráce se zkušenými dodavateli umožňuje dosáhnout optimálních výsledků v mnoha kritických aplikacích. Probíhající pokroky nadále rozšiřují možnosti, kvalitu a nákladovou efektivitu procesů práškové metalurgie titanu.
