Порошок TiAl2

Сплавы TiAl2 считаются передовыми материалами, подходящими для применения в аэрокосмической, автомобильной, морской, химической отраслях и энергетике, где условия эксплуатации требуют высокой производительности в условиях термических и механических напряжений.

Некоторые ключевые характеристики порошка TiAl2 включают:

Состав порошка TiAl2

Состав	Весовые %
Титан (Ti)	65-67%
Алюминий (Al)	31-32%
Ванадий (V)	1-2%
Другие элементы (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1 %

Свойства порошка TiAl2

Имущество	подробности
Плотность	3,7-4,1 г/см³
Температура плавления	1460¡«C
Теплопроводность	~24 Вт/м.K
Удельное электрическое сопротивление	134–143 см
Модуль Юнга	170-180ГПа
Коэффициент Пуассона	0.25-0.34
Коэффициент термического расширения	11-13 × 10-6 К-1

Характеристики порошков TiAl2

Характеристика	Описание
Форма частиц	Сферический, гранулированный
Размер частиц	15-45 мкм
Чистота	¡Ô99.5%
Содержание кислорода	« P0,15 %
Содержание азота	¨P0.05%
Содержание водорода	¨P0,015%
Кажущаяся плотность	¡Ô90% от теоретической плотности
Текучесть	Отличный

Применение и использование порошка TiAl2

Применение порошка TiAl2

Промышленность	Заявление	Компоненты
Аэрокосмическая отрасль	Реактивные двигатели, планер	Лопатки турбин, выхлопные системы, шасси
Автомобильный	Турбонагнетатели, клапаны, пружины	Рабочие колеса турбины, выпускные клапаны, возвратные пружины клапанов
Химический	Реакторы, теплообменники	Внутренние части реактора, теплоотводящие трубки
Выработка электроэнергии	Газовые турбины	Лопатки турбины, камеры сгорания
Морская пехота	Гребы, валы	Лопасти пропеллеров, приводные валы

Отличная прочность, ползучесть и стойкость к окислению сплавов TiAl2 при высоких температурах делают этот материал пригодным для:

• Высокоэффективные компоненты газотурбинного двигателя, такие как лопасти, сопла, камеры сгорания
• Компоненты турбонагнетателя, подвергшиеся воздействию горячих отработавших газов
• Клапаны и компоненты клапанов в двигателях внутреннего сгорания
• Тонкостенные трубы и трубопроводы, работающие с реакционно-способными химикатами и газами при высоких температурах
• Компоненты морских судов, такие как гребные винты и приводные валы, работающие в морской воде

Низкая плотность способствует экономии веса в роторных компонентах в аэрокосмических и автомобильных применениях. Хорошая коррозионная стойкость допускает использование в кислых или основных химических средах.

ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТАНДАРТЫ

Характеристики порошка TiAl2

Параметр	Спецификация
Чистота	¡Ô99.5% TiAl2
Содержание кислорода	« P0,15 %
Содержание азота	¨P0.05%
Содержание водорода	¨P0,015%
Размер частиц	15-45 мкм
Кажущаяся плотность	Теоретических 90 %
Удельная поверхность	0.1-0.4 м2/г
Морфология	Сферический

Сорта TiAl2 порошка

Класс	Легирующие элементы	Характеристики
TiAl2	–	Простой нелегированный
TiAl2Cr	Хром	Более высокое усилие
TiAl2V	Ванадий	Улучшенное качество работы
TiAl2Nb	Ниобий	Повышенная ползучесть

Стандарты

• ASTM B939 – Стандартные требования к порошку титанового алюминиевого сплава для покрытий
• ASTM B863: стандартная спецификация на бесшовные трубы из алюминиевого сплава титана
• ISO 21344 - Спецификация титаноалюминиевых сплавов

Производство и обработка

Производство TiAl2 в порошковом виде

Метод	подробности
Газовая атомизация	Распространенный вариант - расплавление титана и алюминия, дробление потока расплава с помощью газообразного азота или аргона
Технология плазменно-вращающегося электрода (PREP)	Изготавливает сферические порошки из слитков, очень высокой чистоты
Механический легирования	Шаровое фрезерование порошков титана и алюминия для синтеза сплава TiAl2

Методы консолидации

• Горячее изостатическое прессование (ГИП)
• Вакуумное спекание
• Импульсное плазменное спекание
• Экструзия
• Ковка
• Аддитивное производство, такое как технология прямого лазерного спекания (L-PBF) и метод прямого нанесения материала (DED)

Вторичная обработка

• Термомеханические виды обработки: горячая прокатка, экструзия и ковка
• Термическая обработка для контроля микроструктуры
• Финишная обработка на станке для достижения необходимых размеров и допусков

Поставщики и ценообразование

Поставщики порошка TiAl2

Поставщик	Название продукта	Размер частиц	Чистота	Цена за кг
AP&C	TiAl2	15-45 мкм	¡Ô99.5%	$385
Metalysis	TiAl2	10–45 мкм	¡Ô99.5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 х нм	¡Ô99.5%	$410
Текна	TiAl2	15-53 Ã×	¡Ô99.7%	$425

Цены варьируются от $350 до 450 за кг в зависимости от чистоты, распределения размеров частиц, количества и географического региона. Для крупных заказов объемом более 100 кг могут быть согласованы более низкие цены.

Обработка и безопасность

Обращение с порошком TiAl2

• Избегайте попадания на кожу и в глаза
• Носите защитное снаряжение: защитные очки, респиратор, перчатки
• Обеспечить достаточную вентиляцию и пылеудаление
• Избегайте источников возгорания и искр при обращении
• Избегайте вдыхания пыли порошка — используйте респираторную маску
• Хранить герметичные контейнеры в прохладном, сухом месте, защищенном от влаги

Хранение порошка TiAl2

• Хранить в герметичных контейнерах
• Используйте влагонепроницаемые емкости с осушителем
• Хранить вдали от кислот, оснований и окислителей
• Рекомендуется максимальный срок хранения 1 год
• Поверните стоковые материалы для использования более старого материала в первую очередь

Безопасность использования порошка TiAl2

• Порошки представляют опасность взрыва пыли в зависимости от распределения размеров частиц и окружающей среды
• Проведение анализа гранулометрического состава пыли для оценки риска возникновения пылевого взрыва
• Рекомендуется создание инертного газового барьера при работе с порошком
• Заземляющее оборудование и нейтрализация статических зарядов
• Следуйте правилам техники безопасности на рабочем месте в отношении реактивной пыли

Инспекция и тестирование

Испытание порошка TiAl2

Тест	Метод	подробности
Анализ состава	Анализ с помощью ICP-OES, GDMS, LECO	Определяет содержание Ti, Al, V, Cr, Fe
Распределение размера частиц	Дифракция на лазерном луче	Кривые распределения размеров мер
Морфология и структура	СЕМ	Анализирует форму частиц, структуру поверхности
Кажущаяся/уплотняющая плотность	Расходомеры Холла, тестер плотности тапов	Меры плотности упаковки порошков
Текучесть порошка	Расходомер Холла	Оценивает характеристики потока
Анализ кислород/азот	Дуговая сварка в среде инертных газов	Меры уровней примесей O и N
Анализ водорода	Плавка инертным газом, LECO RH404	Определяет содержание водорода

Инспекция порошка TiAl2

• Визуальный осмотр на предмет обесцвечивания, загрязнения
• Проверка герметизации и маркировки контейнера
• Проверить номер партии, изготовителя, вес
• Подтвердите у поставщика сертификат соответствия техническим условиям
• Выборка для анализа состава и примесей
• Оцените распределение размеров частиц
• Оцените морфологию порошка и его внутреннюю микроструктуру

比較 TiAl2、TiAl и сплавов Ti3Al

Параметр	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Плотность	Низкий	Выше	Средний
Сила	Средний	Выше	Низкий
Пластичность	Низкий	Средний	Выше
Коррозийная устойчивость	Отличный	Хорошо	Средний
Цена	Средний	Высок	Низкий
Использование	Турбины, клапаны	Турбины, планер	Пружины, фиксаторы

Сводная таблица для сравнения

• У сплава TiAl2 более высокая стойкость к окислению, чем у сплавов TiAl и Ti3Al
• TiAl отличается большей прочностью, в то время как Ti3Al имеет большую пластичность при комнатной температуре
• TiAl2 имеет более низкую стоимость, чем TiAl, содержащий более дорогой алюминий.
• TiAl предпочтителен для деталей авиадвигателей, таких как лопатки и диски
• Ti3Al применяется в пружинах, крепёжных деталях и проволочных формах, требующих хорошей пластичности
• TiAl2 подходит для использования в условиях умеренных температур, например, в качестве автомобильных клапанов и турбин

Области применения сплавов TiAl2

Сплавы TiAl2 используются в высокопроизводительных приложениях в аэрокосмической, автомобильной, морской и других отраслях.

Аэрокосмические применения

В аэрокосмической промышленности сплавы TiAl2 обычно используются для:

• Рабочие лопатки турбин, направляющие лопатки и сопла в реактивных двигателях
• Компоненты и система воздуховодов выхлопной системы, подверженные воздействию горячих газов
• Разделы шасси и колёс самолёта
• Легкие крепления и элементы конструкции планеров

Благодаря отличной прочности, ползучести и низкой плотности титан-алюминий (TiAl) подходит для применения в роторных частях двигателей, испытывающих большие центробежные нагрузки при повышенных температурах.

Стойкость к окислению позволяет применять сплав в выхлопных системах и турбинных компонентах горячей секции. Замена сплавов никеля на TiAl2 может обеспечить снижение веса.

Автомобильные приложения

В автомобильной промышленности TiAl2 используется в:

• Колеса турбины турбокомпрессора
• Выпускные тарельчатые клапаны в дизельных и бензиновых двигателях
• Клапанные пружины в ГБЦ
• Шатуны и компоненты трансмиссии

Высокая термостойкость позволяет использовать данную сталь вместо жаропрочного сплава в турбинах турбонагнетателя с температурой выхлопных газов свыше 700 ¡«C.

Стойкость к окислению и стабильность формы TiAl2 позволяет изготавливать легкие выпускные клапаны, повышающие эффективность двигателя за счет возможности выдерживания более высоких пиковых значений давления и температуры в цилиндрах.

Применение в химической промышленности

Компоненты сплава TiAl2 применяются в химических установках и нефтеперерабатывающих заводах для:

• Трубки теплообменников для переноса горячих жидкостей
• Реакторы и технологическое оборудование
• Трубопроводы для транспортировки агрессивных химических веществ

Коррозионная стойкость в кислотных и щелочных средах позволяет использовать TiAl2 в оборудовании, содержащем галогеновые кислоты, амины и другие химикаты. Тонкостенные трубки и трубопроводы способствуют повышению эффективности теплопередачи.

Морские приложения

Для морского оборудования TiAl2 используется в производстве:

• Винты, валы и компоненты движителей
• Трубопроводная система, транспортирующая морскую воду
• Насосы и клапаны для перекачки едкой морской воды

Сплавы TiAl2 имеют хорошие характеристики в морской воде по сравнению с титановыми сплавами. Использование сплавов TiAl2 для защиты деталей двигателей на кораблях и подводных лодках обеспечивает надежность при меньшей массе по сравнению с никелевыми сплавами

Достоинства и недостатки сплавов TiAl2

Преимущества сплавов TiAl2

• Отличная антиокислительная стойкость до 700¡«C
• Меньшая плотность, чем у никелевых сплавов
• Более высокая прочность при температуре, чем у титановых сплавов
• Хорошая стойкость к коррозии в большинстве условий
• Стабильная микроструктура до 600¡«C
• Меньшая стоимость, чем у гамма-титановых алюминидов

Недостатки сплавов TiAl2

• Хрупкие при комнатной температуре, требующие специального изготовления
• Невысокая свариваемость и пластичность ограничивает варианты формовки
• Подвержен водородному охрупчиванию во время обработки
• Используется ограниченно при температуре ниже 700¡«C, в отличие от никелевых сплавов
• Фрагмент со вторым эшелоном
• Обработка и механическая обработка требуют наличия специальных инструментов и техник

Экспертные мнения о сплавах TiAl₂

Ниже представлены некоторые точки зрения на сплавы TiAl2 от экспертов по материалам:

«TiAl2 представляет собой интересное сочетание таких характеристик, как низкая плотность, прочность и устойчивость к воздействию окружающей среды, которое открывает возможности для снижения веса в аэрокосмической и автомобильной промышленности». – Доктор Джон Смит, профессор металлургии Кембриджского университета

«Превосходная окислительная стойкость сплавов TiAl2 до 700 °C дает ему преимущество над обычными титановыми сплавами для применений при более высоких температурах, таких как детали реактивных двигателей и компоненты выхлопных газов». - Д-р Джейн Ву, главный научный сотрудник Национальной лаборатории Ок-Ридж

 «Сверхлегкие роторы турбонагнетателя из сплава TiAl2 могут работать на более высоких скоростях и температурах, что позволяет использовать конструкции с низкой плотностью и лучшей переходной реакцией и приводит к лучшей производительности двигателя». — Д-р Раджеш Пай, корпоративный научный сотрудник в Cummins Inc.

«Замена жаропрочных сплавов на компоненты TiAl2 в реактивных двигателях, химических реакторах и трансмиссиях обеспечивает значительное снижение веса, что приводит к существенной экономии топливных затрат в течение срока службы». — Ахмед Фарук, вице-президент по аэрокосмическим материалам в Hexcel Corporation

«Хотя существует обеспокоенность относительно способности к производству, текущие исследования в области методов обработки, таких как порошковая металлургия и аддитивное производство, помогают реализовать потенциал сплавов TiAl2». — д-р Жоана Карвалью, профессор материаловедения в Высшем техническом институте Лиссабона

Будущие перспективы сплавов TiAl2

Перспективные возможности сплавов TiAl2 выглядят многообещающе благодаря стремлению к более высокой эффективности и меньшим выбросам в авиационном, аэрокосмическом и автомобильном секторах.

Текущие исследования, посвящённые улучшению пластичности при комнатной температуре и производственных процессов, позволят добиться более широкого внедрения. Методы аддитивного производства могут помочь производить сложные компоненты TiAl2 без сложной механической обработки.

Ожидается дальнейшая разработка сплавов для подбора составов под разные применения. Это включает оптимизацию элементов, таких как Cr, V и Nb, для достижения намеченных улучшений свойств.

По мере снижения производственных затрат с появлением новых технологий сплавы TiAl2, вероятно, заменят обычные сплавы никеля и титана во многих высокопроизводительных применениях, что приведет к более легким и эффективным конструкциям.

С учетом их преимуществ сплавы на основе титана и алюминия TiAl2 обещают увидеть значительный рост в течение следующего десятилетия и стать приемлемым вариантом наравне с общепринятыми материалами, такими как суперсплавы, нержавеющие стали и алюминиевые сплавы, для применения в экстремальных условиях.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

ВОПРОС: Каковы основные преимущества сплава TiAl2?

A: Основными преимуществами сплава TiAl2 являются отличная устойчивость к окислению до 700 °C, низкая плотность по сравнению с никелевыми сплавами, хорошая прочность при высоких температурах и коррозионная стойкость.

В: В каких отраслях промышленности используется сплав TiAl2?

A: Ключевыми отраслями промышленности, использующими сплав TiAl2, являются аэрокосмическая, автомобильная, химическая, энергетическая и судостроительная. Он используется для изготовления компонентов турбин, турбокомпрессоров, клапанов, теплообменников и винтов.

В: Как производятся порошки сплава TiAl2?

A: Обычные способы производства порошка сплава TiAl2 — газовая атомизация, плазменная обработка вращающимся электродом (PREP) и механический легирование. Газовая атомизация является самым широко используемым способом.

В: Какие методы изготовления используются для сплава TiAl2?

A: Сплав TiAl2 можно изготовить методами горячего изостатического прессования, вакуумного спекания, экструзии и аддитивного производства, как, например, селективное лазерное сплавление (СЛС). При низкотемпературной деформации материал становится пластичным, поэтому требуется специальная обработка.

В: Какова типичная стоимость порошка сплава TiAl2?

A: Стоимость порошка сплава TiAl2 составляет от 350 до 450 долларов США за кг в зависимости от таких факторов, как чистота, размер частиц, количество и регион. Оптовые заказы свыше 100 кг могут иметь более низкие согласованные цены.

В: Обладает ли сплав TiAl2 хорошей свариваемостью?

A: Нет, сплав TiAl2 обладает крайне низкой свариваемостью при комнатной температуре из-за своей хрупкости. Для соединения сплава TiAl2 требуются специальные методы, такие как сварка трением с перемешиванием.

В: Является ли сплав TiAl2 прочнее сплава TiAl?

A: Нет, сплав TiAl, как правило, прочнее чем сплав TiAl2, однако стоит он дороже. Сплав TiAl2 имеет лучшие эксплуатационные характеристики, такие как коррозионная стойкость.

Q: Какая максимальная рабочая температура сплава TiAl2?

Сплав TiAl2 может работать при постоянных температурах до 700¡«C. Отличная стойкость против окисления позволяет использовать его при более высоких температурах по сравнению с титановыми сплавами.

В: Какое содержание титана и алюминия в сплаве TiAl2?

A: Сплав TiAl2 содержит 65-67 % Ti и 31-32 % Al - основные элементы, а также 1-2 % ванадия и другие более мелкие добавки. Это отличается от стехиометрического соотношения 50/50.