Titaniumog aluminium er preget av lav tetthet, høy spesifikk styrke og utmerket korrosjonsbestandighet, noe som gjør dem allment anvendelige i sektorer som romfart, transport, kjøretøyproduksjon og kjemisk industri.
I moderne ingeniørkunst har de krevende driftsforholdene på komponenter skapt større utfordringer med hensyn til ytelse, og dermed drevet utviklingen og anvendelsen av komposittstrukturer. Komposittkomponenter laget av titan og aluminiumslegeringer gir optimal utnyttelse av ytelsesegenskapene til begge materialene.
Betydelige forskjeller i de termofysiske og mekaniske egenskapene til titan og aluminium gjør sveiseprosessen utsatt for problemer som porøsitet og sprekker. Spesielt er dannelsen av intermetalliske forbindelser som følge av metallurgiske reaksjoner en primær årsak til ytelsesforringelse i Ti/Al ulik ledd.
Hva er da årsakene til at sveising av titan til aluminium er vanskelig?
**Aluminium og titan reagerer lett med oksygen**
1. Aluminium reagerer med oksygen for å danne en tett, ildfast Al2O3-oksidfilm med et smeltepunkt så høyt som 2050 grader; denne filmen hindrer bindingen av de to uedle metallene og gjør sveisen mottakelig for inneslutninger.
2. Titan begynner å oksidere ved 600 grader; oksidasjon intensiveres når temperaturen stiger, og danner TiO₂ (titandioksid). Dette skaper et sprøtt mellomlag i sveisen, noe som reduserer både plastisitet og seighet.
**Aluminium og titan gjennomgår forskjellige reaksjoner ved forskjellige temperaturer**
1. Ved 1460 grader danner aluminium og titan en TiAl (titaniumaluminid)-forbindelse med en aluminiummassefraksjon på 36,03 %, noe som øker metallets sprøhet.
2. Ved 1340 grader danner de en TiAl3-forbindelse (titaniumtrialuminid) med en aluminiummassefraksjon på 60–64 %.
3. Ved smelting dannes en fast løsning av titan i aluminium når titanmassefraksjonen når 0,15 %.
**Gjensidig løselighet mellom aluminium og titan er ekstremt lav**
1. Ved 665 grader er oppløseligheten av titan i aluminium 0,26%–0,28%; denne løseligheten avtar når temperaturen synker.
2. Når temperaturen faller til 20 grader, synker oppløseligheten av titan i aluminium til 0,07 %, noe som gjør det vanskelig for de to basismetallene å binde seg effektivt.
3. Oppløseligheten av aluminium i titan er enda mer begrenset, noe som skaper betydelige utfordringer med å danne en sveis mellom de to uedle metallene. Aluminium og titan viser høy gassabsorpsjon ved høye temperaturer
4. Flytende aluminium kan løse opp store mengder hydrogen, mens fast aluminium nesten ikke har noen løselighet for det; følgelig kan ikke hydrogen unnslippe i tide under sveisestørkningen, noe som fører til dannelse av porøsitet.
5. Hydrogen har høy løselighet i titan; ved lavere temperaturer samler hydrogen seg for å danne porer, noe som reduserer sveisens plastisitet og seighet og gjør den utsatt for sprø sprekkdannelse.
Aluminium og titan danner sprø forbindelser med andre urenheter
1. Oksider dannet av aluminium og oksygen øker metallets sprøhet, og gjør sveising vanskelig.
2. Titan reagerer med nitrogen og danner titannitrid, som reduserer metallets plastisitet.
3. Titan reagerer med karbon for å danne karbider; når karbonmassefraksjonen overstiger 0,28 %, forringes sveisbarheten til de to basismetallene betydelig.
Aluminium og titan viser forskjellige reaksjoner ved varierende temperaturer
1. Det er en enorm forskjell i termisk ledningsevne mellom aluminium og titan; den termiske ledningsevnen til aluminium (206,9 W·m⁻¹·K⁻1) er omtrent 16 ganger den for titan (13,8 W·m⁻1·K⁻1).
2. De lineære ekspansjonskoeffisientene til aluminium og titan er svært forskjellige, og aluminiums koeffisient er omtrent tre ganger høyere enn titan; dette gjør dem tilbøyelige til å sprekke under stress.
Avbrenning- og fordampning av legeringselementer i aluminium og titan
1. Når aluminium eller aluminiumslegeringer smelter, begynner elementer med lavere smeltepunkter-som magnesium og sink- å brenne av eller fordampe.
2. Ved å nå smeltepunktet for titan eller titanlegeringer (1677 grader), forsterkes-avbrenningen og fordampningen av aluminium og andre legeringselementer, noe som resulterer i en inhomogen sveisekjemisk sammensetning og redusert styrke.
E-post:garychen3215@hotmail.com
Adresse: No.35, Baoti Rd, Baoji by, Shaanxi-provinsen, Kina
Kontakt: Mr. Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobil/WhatsApp: +86 13092900605
