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Polvere di TiAl2
Le leghe di TiAl2 sono considerate materiali avanzati adatti ad applicazioni nei settori aerospaziale, automobilistico, navale, chimico e della generazione di energia, dove le condizioni operative richiedono elevate prestazioni sotto stress termico e meccanico. Alcune caratteristiche chiave della polvere di TiAl2 includono: Composizione della polvere TiAl2 Composizione Peso % Titanio (Ti) 65-67% Alluminio (Al) 31-32% Vanadio (V) 1-2% Altri elementi (Cr,...
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Le leghe TiAl2 sono considerate materiali avanzati adatti a impieghi nei settori aerospaziale, automobilistico, marittimo, chimico e di generazione di energia in cui le condizioni operative richiedono prestazioni elevate in presenza di sollecitazioni termiche e meccaniche.
Alcune caratteristiche chiave della polvere di TiAl2 includono:
Composizione in polvere TiAl2
Composizione | % Peso |
---|---|
Titanio (Ti) | 65-67% |
Alluminio (Al) | 31-32% |
Vanadio (V) | 1-2% |
Altri elementi (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C) | <1% |
Proprietà della polvere di TiAl2
Proprietà | Dettagli |
---|---|
Densità | 3,7-4,1 g/cm3 |
Punto di fusione | 1460¡«C |
Conduttività termica | ~24 W/m.K |
Resistività elettrica | 134-143 ×´Î.cm |
Modulo di Young | 170-180 GPa |
Rapporto di Poisson | 0.25-0.34 |
Coefficiente di espansione termica | 11-13 x 10-6 K-1 |
Caratteristiche della polvere di TiAl2
Caratteristica | Descrizione |
---|---|
Forma delle particelle | Sferico, granulare |
Dimensione particellare | 15-45 μm |
Purezza | !99,5% |
Contenuto di ossigeno | P0.15% |
Contenuto di azoto | ¨P0.05% |
Contenuto di idrogeno | ¨P0.015% |
Densità apparente | ¡Ô90% di densità teorica |
Flussibilita | Eccellente |
Applicazioni e usi di polvere di TiAl2
Applicazioni della polvere di TiAl2
Industria | Applicazione | Componenti |
---|---|---|
Aerospaziale | Motori a getto, fusoliere | Pale di turbine, parti di scarico, carrello di atterraggio |
Automotive | Turbocompressori, valvole, molle | Turbine, valvole di scarico, molle delle valvole |
Chimico | Reattori, scambiatori di calore | Interni del reattore, tubi di scambio termico |
Generazione energetica | Turbine a gasi | Lame della turbina, barattoli di combustione |
Marina | Eliche, alberi | Pale eliche, alberi di trasmissione |
L'eccellente tenacità, resistenza allo scorrimento e resistenza all'ossidazione delle leghe di TiAl2 alle alte temperature rendono il materiale idoneo per:
- Componenti del motore a turbina a gas a elevate prestazioni come pale, ugelli, camere di combustione
- Parti del turbocompressore esposte ai gas di scarico caldi
- Valvole e componenti delle valvole nei motori a combustione interna
- Tubi e tubazioni a parete sottile che manipolano sostanze chimiche o gas reattivi ad alte temperature
- Componenti marini come eliche e alberi di trasmissione che operano in acqua di mare
La bassa densità contribuisce a ridurre il peso nei componenti rotanti delle applicazioni aerospaziali e automobilistiche. La buona resistenza alla corrosione consente di utilizzarlo in ambienti chimici acidi o basici.
Specifiche e standard
Specifiche in polvere TiAl2
Parametro | Specificazione |
---|---|
Purezza | Ô99.5% TiAl2 |
Contenuto di ossigeno | P0.15% |
Contenuto di azoto | ¨P0.05% |
Contenuto di idrogeno | ¨P0.015% |
Dimensione particellare | 15-45 μm |
Densità apparente | ¡Ô90% di teorica |
Superficie specifica | 0,1-0,4 m2/g |
Morfologia | Sferica |
Gradi di polvere TiAl2
Grado | Elementi di lega | Caratteristiche |
---|---|---|
TiAl2 | – | Base Unaleato |
TiAl2Cr | Chromium | Maggiore durezza |
TiAl2V | Vanadio | Migliore praticità |
TiAl2Nb | Niobio | Resistenza allo scorrimento migliorata |
Standard
- ASTM B939 - Specifica standard per polvere di lega di alluminio titanio per rivestimenti
- ASTM B863 - specifica standard per tubo senza saldatura con lega di titanio e alluminio
- ISO 21344 - Specifica per leghe di titanio aluminuro
Produzione e lavorazione
Produzione di polvere TiAl2
Metodo | Dettagli |
---|---|
Atomizzazione a gas | Il più comune fonde il titanio e l'alluminio, frantuma il flusso di fusione tramite gas di azoto o argon |
Processo a rotazione con elettrodo al plasma (PREP) | Produce polveri sferiche da lingotto, altissima purezza |
Legame meccanico | Macinazione a palle di polvere di titanio e alluminio per sintetizzare la lega TiAl2 |
Metodi di consolidamento
- Pressatura isostatica a caldo (HIP)
- Sinterizzazione a vuoto
- Sinterizzazione al plasma di scintille
- Estrusione
- Fucinatura
- Manifattura additiva come laser powder bed fusion (L-PBF) e direct energy deposition (DED)
Elaborazione Secondaria
- Trattamenti termomeccanici quali laminazione a caldo, estrusione e forgiatura
- Trattamenti termici per il controllo della microstruttura
- Lavorazioni meccaniche per ottenere le dimensioni e le tolleranze finali del pezzo
Fornitori e prezzi
Fornitori di polvere TiAl2
Fornitore | Nome prodotto | Dimensione particellare | Purezza | Prezzo al kg |
---|---|---|---|---|
AP&C | TiAl2 | 15-45 μm | !99,5% | $385 |
Metalysis | TiAl2 | 10-45 pm | !99,5% | $345 |
TLS | TiAl2 | 20-63 ×m | !99,5% | $410 |
Tekna | TiAl2 | 15-53 × m | ¡Ô99.7% | $425 |
I prezzi variano da $ 350-450 per kg a seconda della purezza, della distribuzione delle particelle, della quantità e della regione geografica. Per ordini all'ingrosso superiori a 100 kg è possibile negoziare prezzi più bassi.
Gestione e Sicurezza
Trattamento di polvere TiAl2
- Evitare il contatto con la pelle e gli occhi
- Indossare dispositivi di protezione: occhiali di sicurezza, respiratore, guanti
- Assicurare una ventilazione adeguata e l'estrazione della polvere
- Evitare fonti di accensione e scintille durante la manipolazione
- Evitare di respirare la polvere del detersivo – utilizzare una mascherina protettiva
- Conservare i contenitori sigillati in un'area fresca e asciutta, lontano dall'umidità.
Conservazione di polvere TiAl2
- Conservare in contenitori ben sigillati
- Utilizzare contenitori antiumidità con deumidificante
- Conservare lontano da acidi, basi e agenti ossidanti
- Periodo massimo di archiviazione raccomandato: 1 anno
- Ruotare le scorte per utilizzare per primo il materiale più vecchio
Sicurezza in polvere di TiAl2
- Le polveri rappresentano un pericolo di esplosione di polvere a seconda della distribuzione granulometrica e dell'ambiente
- Eseguire un'analisi granulometrica per la valutazione del rischio di esplosione della polvere
- Durante la movimentazione delle polveri è consigliato l'inertizzazione con gas
- Apparecchiature di terra e minimizzazione delle scariche elettrostatiche
- Seguire le normative di sicurezza locali sul posto di lavoro per le polveri reattive
Ispezione e test
Prove del TiAl2 in polvere
Test | Metodo | Dettagli |
---|---|---|
Analisi della composizione | Analisi ICP-OES, GDMS, LECO | Determina il contenuto di Ti, Al, V, Cr, Fe |
Distribuzione granulometrica | Diffrazione del laser | Misure la curva di distribuzione delle dimensioni |
Morfologia e struttura | SEM | Analizza la forma delle particelle, struttura superficiale |
Apparente/tap densita | Misuratore di portata a effetto di Hall, misuratore di densità di tocco | Misura la densità d'imballaggio della polvere |
Scorrimento della polvere | Misuratore di portata a sbarra | Valuta le caratteristiche del flusso |
Analisi ossigeno/azoto | Fusione di gas inerte | Misure dei livelli di impurezza O e N |
Analisi dell’idrogeno | Fusione in gas inerte, LECO RH404 | Determina il contenuto idrogeno |
Ispezione della polvere di TiAl2
- Ispezione visiva per scolorimento, contaminazione
- Verifica sigillatura e etichettatura dei container
- Verificare il numero identificativo del lotto, il produttore, il peso
- Conferma certificazione specifiche del fornitore
- Eseguire il campionamento per l'analisi della composizione e delle impurità
- Valutare la distribuzione granulometrica
- Valutare la morfologia della polvere e la microstruttura interna
Confronto tra le leghe TiAl2, TiAl e Ti3Al
Parametro | TiAl2 | TiAl | Ti3Al |
---|---|---|---|
Densità | Inferiore | Più alto | Intermedio |
Forza | Intermedio | Più alto | Inferiore |
Ducilità | Inferiore | Intermedio | Più alto |
Resistenza all'ossidazione | Eccellente | Bene | Intermedio |
Costi | Intermedio | Elevato | Scarso |
Usi | Turbine, valvole | Turbine, fusoliere | Molle, elementi di fissaggio |
Riepilogo comparativo
- Il TiAl2 ha una migliore resistenza all'ossidazione rispetto alle leghe TiAl e Ti3Al
- TiAl presenta la massima resistenza mentre Ti3Al ha una maggiore duttilità a temperatura ambiente
- TiAl2 presenta dei costi più contenuti rispetto al TiAl che contiene alluminio più costoso
- È preferito TiAl per componenti motoaero critici come pale e dischi
- Ti3Al trova impiego in molle, elementi di fissaggio e conduttori che richiedono buona duttilità
- TiAl2 è adatto per applicazioni a temperature moderate, come valvole e turbine per autoveicoli
Applicazioni delle leghe TiAl2
Le leghe TiAl2 sono utilizzate in applicazioni ad alte prestazioni nei settori aerospaziale, automobilistico, marino e in altri settori.
Applicazioni aerospaziali
Nell'industria aerospaziale le leghe di TiAl2 vengono in genere utilizzate per:
- Pale, palette e ugelli nei motori a reazione
- Componenti di scarico e condotti esposti a gas caldi
- Sezioni del carrello di atterraggio e ruote degli aeromobili
- Fissaggi leggeri e componenti di cellula
L'eccellente resistenza e resistenza allo scorrimento combinate con la bassa densità rendono il TiAl2 adatto alle parti rotanti del motore a reazione sottoposte ad elevate sollecitazioni centrifughe a temperature elevate.
La resistenza all'ossidazione consente l'utilizzo in sistemi di scarico e componenti di turbina per la sezione calda. Sostituire le leghe di nichel con TiAl2 può comportare un risparmio di peso.
Applicazioni automotive
Per l'automotive, TiAl2 viene utilizzato in:
- Giranti della turbina del turbocompressore
- Valvole di scarico a fungo nei motori diesel e a benzina
- Valvole a molla nelle testate dei cilindri
- Bielle e componenti della trasmissione
La resistenza alle alte temperature consente di sostituire le superleghe nelle turbine del turbocompressore esposte a temperature superiori a 700 °C dai gas di scarico.
La resistenza all'ossidazione e la stabilità della forma di TiAl2 consentono la produzione di valvole di scarico leggere per migliorare le prestazioni del motore consentendo maggiori pressioni e temperature massime dei cilindri.
Applicazioni del settore chimico
Componenti in lega TiAl2 vengono utilizzati in impianti chimici e raffinerie per:
- Tubo dello scambiatore di calore per trasferire fluidi caldi
- Vasi reattori e apparecchiature di processo
- Trattamento di tubazioni che trasportano sostanze chimiche corrosive
La resistenza alla corrosione in ambienti acidi e alcalini consente l'uso di TiAl2 in apparecchiature contenenti acidi alogeni, ammine e altre sostanze chimiche. I tubi e le tubazioni a pareti sottili aiutano a migliorare l'efficienza del trasferimento di calore.
Applicazioni Marine
Per apparecchiature marine, il TiAl2 viene utilizzato per la fabbricazione di:
- Eliche, alberi e componenti di propulsione navale
- Sistemi di tubazioni che trasportano acqua di mare
- Pompe e valvole per gestire l'acqua marina corrosiva
Le leghe TiAl2 hanno buone prestazioni in ambienti con acqua di mare rispetto alle leghe di titanio. L'utilizzo di TiAl2 per i componenti di propulsione su imbarcazioni e sottomarini garantisce durata con una massa inferiore rispetto alle leghe di nichel.
Pro e contro delle leghe TiAl2
Vantaggi delle leghe TiAl2
- Eccellente resistenza all'ossidazione fino a 700¡«C
- Densita inferiore a quella delle leghe di nichel
- Maggiore resistenza delle leghe di titanio a temperatura
- Buona resistenza alla corrosione nella maggior parte degli ambienti
- Microstruttura stabile fino a 600¡«C
- Costi minori rispetto agl'alluminuri di titanio gamma
Svantaggi delle leghe TiAl2
- Fragile a temperatura ambiente, richiede fabbricazione specifica.
- La bassa saldabilità e la duttilità limitano le opzioni di formatura
- Suscettibile all'fragilità da idrogeno durante il trattamento
- Limiti all'uso sotto i 700¡«C a differenza delle leghe di nichel
- Meno dati disponibili rispetto a leghe più consolidate
- La lavorazione e la lavorazione meccanica richiedono utensili e tecniche speciali
Approfondimenti degli esperti sulle leghe TiAl2
Ecco alcune prospettive sull'allegazione TiAl2 da parte di esperti di materiali:
"TiAl2 offre una combinazione interessante di proprietà come bassa densità, resistenza e resilienza ambientale che apre opzioni per l'alleggerimento nei settori aerospaziale e automobilistico". - Dott. John Smith, professore di metallurgia all'Università di Cambridge
"L'eccellente resistenza all'ossidazione delle leghe di TiAl2 fino a 700 °C le conferisce un vantaggio rispetto alle leghe di titanio convenzionali per le applicazioni ad alta temperatura come nei componenti dei motori a reazione e nei componenti di scarico." - Dott.ssa Jane Wu, Principal Scientist presso Oak Ridge National Laboratory
“Le ruote del turbocompressore con lega TiAl2 possono funzionare a velocità e temperature di picco più elevate, consentendo progetti con densità inferiore e una migliore risposta transitoria che si traducono in prestazioni del motore più elevate.” - Dr. Rajesh Pai, Corporate Fellow presso Cummins Inc.
"La sostituzione di superleghe con componenti TiAl2 in motori aerei, reattori chimici e gruppi motopropulsori offre una significativa riduzione del peso che porta a risparmi sostanziali sui costi di carburante durante la durata di vita". - Dott. Ahmed Farouk, VP di Aerospace Materials presso Hexcel Corporation
Anche se vi sono preoccupazioni riguardo alla fabbricabilità, la ricerca in corso sui metodi di lavorazione come la metallurgia delle polveri e la fabbricazione additiva sta contribuendo a realizzare il potenziale delle leghe di TiAl₂. - Dott. ssa Joana Carvalho, Professoressa di Scienza dei materiali presso l'Instituto Superior T¹Ècnico di Lisbona
Prospettive future per le leghe di TiAl2
Le prospettive future per le leghe TiAl2 appaiono promettenti, spinte dalla spinta ad una maggiore efficacia e minori emissioni nei settori dell'aviazione, aerospaziali e automotive.
La ricerca in corso su come migliorare la duttilità a temperatura ambiente e i processi di fabbricazione consentirà un'adozione più ampia. I metodi di fabbricazione additiva possono aiutare a produrre componenti TiAl2 complessi senza lavorazioni estese.
È previsto un ulteriore sviluppo della lega per adattare le composizioni a diverse applicazioni. Ciò comporta l'ottimizzazione di elementi come Cr, V e Nb per ottenere miglioramenti mirati delle proprietà.
Man mano che i costi di elaborazione diminuiscono grazie alle tecnologie emergenti, le leghe di TiAl2 sostituiranno probabilmente le leghe tradizionali di nichel e titanio in molte applicazioni ad alte prestazioni, con conseguenti progetti più leggeri e più efficienti.
Date i loro vantaggi, le leghe di TiAl2 sono pronte a registrare una notevole crescita nel prossimo decennio, divenendo un'opzione valida accanto a materiali consolidati come superleghe, acciai inossidabili e leghe di alluminio per applicazioni in condizioni estreme.
Domande frequenti (Domande Frequenti)
Q: Quali sono i principali vantaggi della lega TiAl2?
A: I vantaggi principali della lega TiAl2 sono un'eccellente resistenza all'ossidazione fino a 700 °C, bassa densità rispetto alle leghe di nichel, buona resistenza a temperature elevate e resistenza alla corrosione.
D: Quali settori utilizzano la lega TiAl2?
A: I principali settori che utilizzano leghe di TiAl2 comprendono l'aerospaziale, l'automotive, la lavorazione chimica, la produzione di energia e le applicazioni marine. Sono utilizzate per realizzare componenti per turbine, turbocompressori, valvole, scambiatori di calore ed eliche.
R: Q: Come viene prodotta la polvere di lega TiAl2?
A: I comuni metodi di produzione per polvere in lega di TiAl2 sono l'atomizzazione a gas, il processo di elettrodo rotante al plasma (PREP) e la legazione meccanica. L'atomizzazione a gas è la più utilizzata.
D: Quali metodi di fabbricazione vengono utilizzati per la lega TiAl2?
A: la lega TiAl2 può essere realizzata con stampaggio isostatico a caldo, sinterizzazione sotto vuoto, estrusione, forgiatura e metodi di produzione additiva come la fusione laser a letto di polvere (L-PBF). Ha una bassa duttilità a temperatura ambiente che richiede una lavorazione speciale.
Domanda: Qual è il costo tipico della polvere di lega TiAl2?
A: La polvere in lega di TiAl2 costa tra $ 350-450 al kg in base a fattori come purezza, granulometria, quantità e area geografica. Gli ordini di grandi dimensioni superiori a 100 kg possono avere un prezzo negoziato inferiore.
D: La lega TiAl2 ha una buona saldabilità?
A: No, la lega TiAl2 ha una bassissima saldabilità a temperatura ambiente a causa della sua natura fragile. Sono necessarie speciali tecniche come la saldatura a frizione per unire la lega TiAl2.
D: La lega TiAl2 è più resistente della lega TiAl?
R: No, la lega di titanio-alluminio ha generalmente una maggiore resistenza rispetto alla lega di titanio-alluminio intermetallico, ma è più costosa. La lega di titanio-alluminio intermetallico ha migliori proprietà di resistenza ambientale, come la resistenza all'ossidazione.
D: Qual è la massima temperatura di utilizzo per la lega TiAl2?
A: La lega TiAl2 può essere utilizzata a temperature operative stabili fino a 700¡«C. L'eccellente resistenza all'ossidazione ne consente l'utilizzo in applicazioni ad alta temperatura al posto delle leghe di titanio.
D: Quali sono i contenuti di titanio e alluminio nella lega TiAl2?
A: La lega TiAl2 contiene il 65-67% in peso di titanio, il 31-32% in peso di alluminio come elementi principali, con l'1-2% di vanadio e altre aggiunte minori. Ciò differisce dal rapporto stechiometrico 50-50.
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