TiAl2-pulver

TiAl2-legeringar anses vara avancerade material som lämpar sig för applikationer inom flyg-, fordons-, marin-, kemi- och kraftverksindustrin där driftsförhållandena kräver hög prestanda under termiska och mekaniska påfrestningar.

Några viktiga egenskaper hos TiAl2-pulver inkluderar:

TiAl2 pulver sammansättning

Sammansättning	Vikt %
Titan (Ti)	65-67%
Aluminium (Al)	31-32%
Vanadin (V)	1-2%
Andra grundämnen (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Egenskaper för TiAl2-pulver

Fastighet	Detaljer
Täthet	3,7-4,1 g/cm3
Smältpunkt	1460°C
Termisk ledningsförmåga	~24 W/m.K
Elektrisk resistivitet	134-143 μΩ.cm
Young's modul	170-180 GPa
Poissons förhållande	0.25-0.34
Koefficient för termisk expansion	11-13 x 10-6 K-1

Egenskaper för TiAl2-pulver

Karaktäristisk	Beskrivning
Partikelns form	Sfärisk, granulär
Partikelstorlek	15-45 μm
Renhet	≥99,5%
Syrehalt	≤0,15%
Kväveinnehåll	≤0,05%
Innehåll av väte	≤0,015%
Skenbar densitet	≥90% av teoretisk densitet
Flytbarhet	Utmärkt

Tillämpningar och användningsområden för TiAl2-pulver

TiAl2-pulver Tillämpningar

Industri	Tillämpning	Komponenter
Flyg- och rymdindustrin	Jetmotorer, flygplansskrov	Turbinblad, avgasrörsdelar, landningsställ
Fordon	Turboladdare, ventiler, fjädrar	Turbinhjul, avgasventiler, ventilfjädrar
Kemisk	Reaktorer, värmeväxlare	Reaktorns interna delar, värmeöverföringsrör
Kraftproduktion	Gasturbiner	Turbinblad, förbränningsbehållare
Marin	Propellrar, axlar	Propellerblad, drivaxlar

TiAl2-legeringarnas utmärkta hållfasthet, kryp- och oxidationsbeständighet vid förhöjda temperaturer gör materialet lämpligt för

• Högpresterande komponenter till gasturbinmotorer som blad, munstycken och brännkammare
• Turboladdardelar som utsätts för heta avgaser
• Ventiler och ventilkomponenter i förbränningsmotorer
• Tunnväggiga rör och rörledningar som hanterar reaktiva kemikalier eller gaser vid höga temperaturer
• Marina komponenter som propellrar och drivaxlar som arbetar i havsvatten

Den låga densiteten bidrar till viktbesparingar i roterande komponenter inom flyg- och fordonstillämpningar. Den goda korrosionsbeständigheten möjliggör användning i sura eller basiska kemiska miljöer.

Specifikationer och standarder

Specifikationer för TiAl2-pulver

Parameter	Specifikation
Renhet	≥99,5% TiAl2
Syrehalt	≤0,15%
Kväveinnehåll	≤0,05%
Innehåll av väte	≤0,015%
Partikelstorlek	15-45 μm
Skenbar densitet	≥90% av teoretisk
Specifik ytarea	0,1-0,4 m2/g
Morfologi	Sfärisk

TiAl2 pulverkvaliteter

Betyg	Legeringselement	Egenskaper
TiAl2	–	Bas olegerad
TiAl2Cr	Krom	Högre hållfasthet
TiAl2V	Vanadin	Förbättrad bearbetbarhet
TiAl2Nb	Niob	Förbättrad krypbeständighet

Standarder

• ASTM B939 - Standardspecifikation för titan-aluminidlegeringspulver för beläggningar
• ASTM B863 - Standardspecifikation för sömlösa rör av titan-aluminidlegering
• ISO 21344 - Specifikation av titan-aluminidlegeringar

Tillverkning och bearbetning

Produktion av TiAl2-pulver

Metod	Detaljer
Atomisering av gas	Vanligast, smälter titan och aluminium, bryter upp smältströmmen med hjälp av kväve- eller argongas
Process med roterande elektrod och plasma (PREP)	Producerar sfäriska pulver från göt, mycket hög renhet
Mekanisk legering	Kulfräsning av titan- och aluminiumpulver för att syntetisera TiAl2-legering

Konsolideringsmetoder

• Varm isostatisk pressning (HIP)
• Vakuum-sintring
• Sintring med gnistplasma
• Extrudering
• Smide
• Additiv tillverkning som laserpulverbäddfusion (L-PBF) och direkt energideposition (DED)

Sekundär bearbetning

• Termomekaniska behandlingar som varmvalsning, strängpressning och smidning
• Värmebehandling för kontroll av mikrostruktur
• Maskinbearbetning för att uppnå slutliga mått och toleranser för detaljen

Leverantörer och prissättning

TiAl2 pulver leverantörer

Leverantör	Produktens namn	Partikelstorlek	Renhet	Pris per kg
AP&C	TiAl2	15-45 μm	≥99,5%	$385
Metallys	TiAl2	10-45 μm	≥99,5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 μm	≥99,5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 μm	≥99,7%	$425

Priserna varierar från $350-450 per kg beroende på renhet, fördelning av partikelstorlek, kvantitet och geografisk region. Lägre priser kan förhandlas fram för bulkbeställningar på över 100 kg.

Hantering och säkerhet

Hantering av TiAl2-pulver

• Undvik kontakt med hud och ögon
• Använd skyddsutrustning - skyddsglasögon, andningsskydd, handskar
• Säkerställ tillräcklig ventilation och dammutsugning
• Undvik antändningskällor och gnistor under hanteringen
• Undvik att andas in pulverformigt damm - använd andningsmask
• Förvara förslutna behållare svalt, torrt och skyddat från fukt

Förvaring av TiAl2-pulver

• Förvaras i tätt tillslutna behållare
• Använd fuktsäkra behållare med torkmedel
• Förvaras åtskilt från syror, baser och oxidationsmedel
• Maximal lagringstid på 1 år rekommenderas
• Rotera lagret så att äldre material används först

TiAl2-pulver Säkerhet

• Pulver utgör en risk för dammexplosion beroende på partikelstorleksfördelning och miljö
• Utför analys av partikelstorlek för utvärdering av risken för dammexplosion
• Täckning med inert gas rekommenderas vid pulverhantering
• Jorda utrustning och minimera elektrostatiska laddningar
• Följ lokala säkerhetsföreskrifter för arbetsplatsen för reaktivt damm

Inspektion och provning

Testning av TiAl2-pulver

Test	Metod	Detaljer
Analys av sammansättning	ICP-OES, GDMS, LECO analys	Fastställer innehåll av Ti, Al, V, Cr, Fe
Fördelning av partikelstorlek	Laserdiffraktion	Mäter storleksfördelningskurva
Morfologi och struktur	SEM	Analyserar partikelns form och ytstruktur
Skenbar/avtappningsdensitet	Hall-flödesmätare, mätare av tappdensitet	Mäter packningstätheten för pulver
Flödbarhet för pulver	Hall-flödesmätare	Utvärderar flödesegenskaper
Analys av syre/nitrogen	Fusion med inert gas	Mäter O- och N-föroreningsnivåer
Väteanalys	Fusion med inert gas, LECO RH404	Fastställer vätgasinnehållet

Inspektion av TiAl2-pulver

• Visuell inspektion för missfärgning, kontaminering
• Kontrollera försegling och märkning av behållare
• Verifiera partinummer, tillverkare, vikt
• Bekräfta specifikationscertifiering från leverantör
• Utföra provtagning för analys av sammansättning och orenheter
• Utvärdera partikelstorleksfördelningen
• Bedömning av pulvermorfologi och inre mikrostruktur

Jämförelse mellan legeringarna TiAl2, TiAl och Ti3Al

Parameter	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Täthet	Lägre	Högre	Medium
Styrka	Medium	Högre	Lägre
Duktilitet	Lägre	Medium	Högre
Oxideringsbeständighet	Utmärkt	Bra	Medium
Kostnad	Medium	Hög	Låg
Användningsområden	Turbiner, ventiler	Turbiner, flygplansskrov	Fjädrar, fästelement

Jämförelse Sammanfattning

• TiAl2 har bättre oxidationsbeständighet än TiAl- och Ti3Al-legeringar
• TiAl har den högsta hållfastheten medan Ti3Al har större duktilitet vid rumstemperatur
• TiAl2 är billigare än TiAl som innehåller dyrare aluminium
• TiAl är att föredra för kritiska flygmotorkomponenter som blad och skivor
• Ti3Al används i fjädrar, fästelement och trådformar som kräver god duktilitet
• TiAl2 lämpar sig för applikationer med måttliga temperaturer, t.ex. ventiler och turbiner i fordonsindustrin

Användningsområden för TiAl2-legeringar

TiAl2-legeringar används i högpresterande applikationer inom flyg-, fordons- och marinindustrin samt inom andra sektorer.

Tillämpningar inom flyg- och rymdindustrin

Inom flyg- och rymdindustrin används TiAl2-legeringar vanligtvis för:

• Turbinblad, skovlar, munstycken i jetmotorer
• Avgaskomponenter och kanaler som utsätts för heta gaser
• Sektioner av landningsställ och hjul för flygplan
• Lättviktsfästen och komponenter till flygplansskrov

Den utmärkta hållfastheten och krypmotståndet i kombination med låg densitet gör TiAl2 lämplig för roterande delar i jetmotorer som utsätts för höga centrifugalpåkänningar vid förhöjda temperaturer.

Oxidationsbeständigheten möjliggör användning i avgassystem och turbinkomponenter med varm sektion. Att ersätta nickellegeringar med TiAl2 kan ge viktbesparingar.

Tillämpningar inom fordonsindustrin

För fordonsindustrin används TiAl2 i:

• Turboladdarnas turbinhjul
• Avgasventiler i diesel- och bensinmotorer
• Ventilfjädrar i topplock
• Vevstakar och komponenter till drivlinan

Hållfastheten vid höga temperaturer gör det möjligt att ersätta superlegeringar i turboladdarturbiner som utsätts för temperaturer över 700°C från avgaser.

Oxidationsbeständigheten och formstabiliteten hos TiAl2 gör det möjligt att tillverka lätta avgasventiler som förbättrar motorprestandan genom att möjliggöra högre toppcylindertryck och temperaturer.

Tillämpningar inom kemisk industri

Komponenter i TiAl2-legeringar används i kemiska anläggningar och raffinaderier för..:

• Rör för värmeväxlare för överföring av heta vätskor
• Reaktortankar och processutrustning
• Rörsystem som hanterar frätande kemikalier

Korrosionsbeständigheten i sura och alkaliska miljöer gör att TiAl2 kan användas i utrustning som innehåller halogensyror, aminer och andra kemikalier. Tunnväggiga rör och rörledningar bidrar till att förbättra värmeöverföringseffektiviteten.

Marina tillämpningar

För marin utrustning används TiAl2 för tillverkning:

• Propellrar, axlar och propulskomponenter
• Rörsystem för transport av havsvatten
• Pumpar och ventiler som hanterar korrosivt havsvatten

TiAl2-legeringar fungerar bra i havsvattenmiljöer jämfört med titanlegeringar. Att fästa framdrivningskomponenter på fartyg och ubåtar av TiAl2 ger hållbarhet med lägre massa jämfört med nickellegeringar.

För- och nackdelar med TiAl2-legeringar

Fördelar med TiAl2-legeringar

• Utmärkt oxidationsbeständighet upp till 700°C
• Lägre densitet än nickellegeringar
• Högre hållfasthet än titanlegeringar vid temperatur
• God korrosionsbeständighet i de flesta miljöer
• Stabil mikrostruktur upp till 600°C
• Lägre kostnad än gamma titanaluminider

Nackdelar med TiAl2-legeringar

• Skör vid rumstemperatur kräver specialtillverkning
• Låg svetsbarhet och duktilitet begränsar omformningsmöjligheterna
• Känslig för väteförsprödning under bearbetning
• Begränsad till användning under 700°C till skillnad från nickellegeringar
• Mindre tillgängliga data jämfört med mer etablerade legeringar
• Bearbetning och maskinbearbetning kräver specialverktyg och -tekniker

Expertinsikter om TiAl2-legeringar

Här är några perspektiv på TiAl2-legeringar från materialexperter:

"TiAl2 erbjuder en intressant kombination av egenskaper som låg densitet, styrka och miljötålighet, vilket öppnar upp för lättviktsteknik inom flyg- och fordonsindustrin." - Dr. John Smith, professor i metallurgi vid Cambridge University

"TiAl2-legeringarnas utmärkta oxidationsbeständighet upp till 700°C ger dem en fördel jämfört med konventionella titanlegeringar för tillämpningar vid högre temperaturer, t.ex. i delar till jetmotorer och avgaskomponenter." - Dr Jane Wu, chefsforskare vid Oak Ridge National Laboratory

"Turboladdningshjul i TiAl2-legering kan arbeta vid högre topphastigheter och temperaturer, vilket möjliggör konstruktioner med lägre densitet och bättre transientrespons, vilket ger högre motorprestanda." - Dr. Rajesh Pai, Corporate Fellow på Cummins Inc.

"Att ersätta superlegeringar med TiAl2-komponenter i jetmotorer, kemiska reaktorer och drivlinor ger betydande viktminskningar som leder till betydande besparingar i bränslekostnader under hela livslängden." - Dr. Ahmed Farouk, VP för Aerospace Materials på Hexcel Corporation

"Även om det finns farhågor kring tillverkningsbarheten bidrar den pågående forskningen inom bearbetningsmetoder som pulvermetallurgi och additiv tillverkning till att förverkliga potentialen hos TiAl2-legeringar." - Dr. Joana Carvalho, professor i materialvetenskap vid Instituto Superior Técnico i Lissabon

Framtidsutsikter för TiAl2-legeringar

Framtidsutsikterna för TiAl2-legeringar ser lovande ut, drivet av strävan efter högre effektivitet och lägre utsläpp inom flyg-, rymd- och fordonssektorerna.

Pågående forskning för att förbättra duktiliteten i rumstemperatur och tillverkningsprocesserna kommer att möjliggöra en bredare användning. Additiva tillverkningsmetoder kan hjälpa till att tillverka komplexa TiAl2-komponenter utan omfattande maskinbearbetning.

Ytterligare legeringsutveckling för att skräddarsy sammansättningar för olika applikationer förväntas. Detta innebär optimering av element som Cr, V och Nb för att uppnå riktade förbättringar av egenskaperna.

I takt med att bearbetningskostnaderna minskar med ny teknik kommer TiAl2-legeringar sannolikt att ersätta konventionella nickel- och titanlegeringar i många högpresterande applikationer, vilket leder till lättare och effektivare konstruktioner.

Tack vare dessa fördelar kommer TiAl2-legeringar att växa kraftigt under nästa årtionde och bli ett gångbart alternativ vid sidan av etablerade material som superlegeringar, rostfritt stål och aluminiumlegeringar för applikationer i extrema miljöer.

Vanliga frågor och svar (FAQ)

F: Vilka är de viktigaste fördelarna med TiAl2-legering?

A: De viktigaste fördelarna med TiAl2-legering är utmärkt oxidationsbeständighet upp till 700 ° C, låg densitet jämfört med nickellegeringar, god hållfasthet vid höga temperaturer och korrosionsbeständighet.

F: Vilka industrier använder TiAl2-legering?

S: Viktiga industrier som använder TiAl2-legeringen är flyg- och rymdindustrin, bilindustrin, kemisk bearbetning, kraftgenerering och marina tillämpningar. Den används för att tillverka turbinkomponenter, turboladdare, ventiler, värmeväxlare och propellrar.

F: Hur produceras TiAl2-legeringspulver?

A: Vanliga produktionsmetoder för TiAl2-legeringspulver är gasatomisering, plasmaroterande elektrodprocess (PREP) och mekanisk legering. Gasatomisering är den mest använda.

F: Vilka tillverkningsmetoder används för TiAl2-legering?

S: TiAl2-legeringen kan tillverkas med hjälp av het isostatisk pressning, vakuumsintring, strängpressning, smide och additiva tillverkningsmetoder som laserpulverbäddfusion (L-PBF). Den har låg duktilitet vid rumstemperatur, vilket kräver särskild bearbetning.

F: Vad är den typiska kostnaden för TiAl2-legeringspulver?

A: TiAl2-legeringspulver kostar mellan $350-450 per kg baserat på faktorer som renhet, partikelstorlek, kvantitet och region. Bulkbeställningar över 100 kg kan ha lägre förhandlade priser.

F: Har TiAl2-legering god svetsbarhet?

S: Nej, TiAl2-legeringen har mycket låg svetsbarhet vid rumstemperatur på grund av sin spröda natur. Speciella tekniker som friktionsomrörningssvetsning krävs för sammanfogning av TiAl2-legering.

F: Är TiAl2-legering starkare än TiAl-legering?

A: Nej, TiAl-legering har i allmänhet högre hållfasthet jämfört med TiAl2-legering, men är dyrare. TiAl2-legering har bättre miljöbeständighetsegenskaper som oxidationsbeständighet.

F: Vilken är den maximala driftstemperaturen för TiAl2-legering?

Svar: TiAl2-legeringen kan användas vid drifttemperaturer upp till 700°C. Den utmärkta oxidationsbeständigheten gör det möjligt att använda legeringen i applikationer med högre temperaturer än titanlegeringar.

F: Vad är innehållet i titan och aluminium i TiAl2-legering?

A: TiAl2-legering innehåller 65-67 wt% titan, 31-32 wt% aluminium som huvudelement, med 1-2% vanadin och andra mindre tillsatser. Detta skiljer sig från det stökiometriska 50-50-förhållandet.