Uitgebreide onderzoeksrapport over titanium- en titaniumlegeringen: basiskenmerken, onderzoeksuit voortgang en toekomstige uitdagingen

1 Basisfysische en chemische eigenschappen van titanium- en titaniumlegeringen
Titanium, als een strategisch lichtmetaal, neemt een onvervangbare positie in in het hoge - einde industriële veld met zijn uitstekende specifieke sterkte (sterkte/dichtheidsverhouding) en alle - omgevingscorrosieweerstand. De dichtheid van titanium is slechts 4,51 g/cm³ (ongeveer 57% van het staal), maar de sterkte is equivalent aan die van hoog - sterktestaal, waardoor het de hoogste specifieke sterkte tussen metalen materialen is. De kristalstructuur van titanium is hexagonale close - verpakt (HCP, fase) onder 882 graden en body - gecentreerde kubieke kubus (BCC, fase) boven 882 graden. Deze faseveranderingskarakteristiek biedt rijke mogelijkheden voor het ontwerpen van legering.

 

1.1 Mechanische en omgevingsaanpassingsvermogen hoge en lage temperatuurprestaties: titaniumlegeringen behouden nog steeds een goede sterkte in het bereik van 450 - 600 graden, zoals Ti - 6AL-4V, die een opbrengststerkte van meer dan 500 MPa bij 400 graden handhaaft. De prestaties op lage temperatuur zijn nog uitstekender. De verlenging van de TA7 -legering bij -253 graden vloeibare waterstoftemperatuur is groter dan 12%, waardoor het het voorkeursmateriaal is voor cryogene brandstofcontainers van ruimtevaart. Corrosiebestendingsmechanisme: een dichte Tio₂ passiveringsfilm (dikte 5-20 nm) wordt onmiddellijk gevormd op het oppervlak van titanium, waardoor de corrosiesnelheid in zeewater, chloor-alkali en zure media lager dan 0,001 mm/a wordt. De weerstand tegen putjes en stresscorrosie kraken (SCC) is aanzienlijk beter dan die van roestvrij staal, en het staat bekend als "oceaanmetaal". Biocompatibiliteit: de zelfcorrosiestroomdichtheid van puur titanium in gesimuleerde lichaamsvloeistoffen is zo laag als 2,24 × 10⁻⁸ A/cm², en het gebrek aan metaalionafgifte maakt het een kernmateriaal voor kunstmatige gewrichten en tandheelkundige implantaten.

 

1.2 Inherente verwerkingsuitdagingen Thermische geleidbaarheidsdefecten: de thermische geleidbaarheid is slechts 17 w/m · k (1/14 aluminium), en de temperatuur in de snijzone is zo hoog als meer dan 1000 graden, die de slijtage van het gereedschap versnelt. Hoge chemische activiteit: het reageert met O, N en H bij hoge temperaturen om een ​​50 - 200 μm geharde laag te genereren, wat een inerte atmosfeerbescherming voor verwerking vereist. Lage elastische modulus: ongeveer 110 GPa (1/2 van staal), wat resulteert in ernstige verwerking van de verwerking en moeilijkheid bij het regelen van de vormingsnauwkeurigheid van dunwandige onderdelen.