Titaniwm Gradd 1 mewn Peirianneg Fodurol: Lle Mae Titaniwm CP Meddal yn Ennill Ei Le
May 31, 2024
Lleihau màs cerbydau yw'r llwybr mwyaf uniongyrchol o hyd i ddefnyddio llai o danwydd ac allyriadau llai o bibellau cynffon, a thitaniwm sy'n cario'r gymhareb cryfder gorau i bwysau o unrhyw fetel wrth gynhyrchu cyfaint, ar ddwysedd o tua 4.51 gram y centimedr ciwbig yn erbyn 7.85 ar gyfer dur a 2.70 ar gyfer alwminiwm. Mae titaniwm hefyd tua 45 y cant yn ysgafnach na chydran ddur o'r un cyfaint, ac yn wahanol i alwminiwm mae'n cadw cryfder defnyddiol ar dymheredd gwacáu lle byddai alwminiwm wedi meddalu ers amser maith.
Mae'r dalfa bob amser wedi bod yn gost, a dyna pam y canolbwyntiodd y defnydd o ditaniwm modurol yn gyntaf mewn amrywiadau-chwaraeon modur a pherfformiad uchel. Mae'r patrwm hwnnw'n newid wrth i broblemau gwacáu, tarian gwres a chyrydiad isgorff mewn marchnadoedd halen arfordirol a gaeaf wthio deunyddiau confensiynol i'w terfynau.
Pam mae'r Radd Feddalaf yn Dal i Weithio mewn Cerbydau
Diffinnir gradd 1 yn y fanyleb stribed, dalen a phlât gydag uchafswm cynnwys ocsigen o 0.18 y cant, haearn o 0.20 y cant, nitrogen o 0.03 y cant a hydrogen o 0.015 y cant. Mae'r terfynau rhyngserol tynn hynny'n cynhyrchu cryfder tynnol lleiaf o 240 MPa, cynnyrch gwrthbwyso o leiaf 0.2 y cant o 138 MPa ac isafswm elongation o 24 y cant. Mae cryfder cynnyrch isel fel arfer yn cael ei drin fel rhwymedigaeth mewn dyluniad strwythurol, ond mewn gwaith gwacáu modurol a tharian gwres mae'n ased, oherwydd bod y rhannau hyn yn cael eu ffurfio trwy luniadu dwfn, stampio, plygu ac ehangu tiwb, ac mae'r gweithrediad ffurfio, nid y llwyth gwasanaeth, yn penderfynu a ellir gwneud y rhan o gwbl.
| Eiddo | Titaniwm gradd 1 | Titaniwm gradd 2 | 304 o ddur di-staen | Dur aluminized |
|---|---|---|---|---|
| Dwysedd, g/cm3 | 4.51 | 4.51 | 8.00 | 7.85 |
| Cryfder tynnol lleiaf, MPa | 240 | 345 | 515 nodweddiadol | 340 nodweddiadol |
| Cryfder cynnyrch lleiaf, MPa | 138 | 275 | 205 nodweddiadol | 210 nodweddiadol |
| Lleiafswm ehangiad, % | 24 | 20 | 40 nodweddiadol | 30 nodweddiadol |
| Ehangu thermol, ppm/K | 8.6 | 8.6 | 17.3 | 12.0 |
| Gwrthiant tyllu clorid | Ardderchog | Ardderchog | Cymedrol | Gwael unwaith y bydd cotio yn torri |
Gwahardd a-Cydrannau Diwedd Poeth
Mae tiwb a dalen Gradd 1 yn ymddangos mewn crogfachau gwacáu, tariannau gwres, mewnoliadau muffler ac adrannau allfa, lle mae tymheredd y wal yn aros yn is na tua 500 i 600 gradd Celsius yn y gydran a lle nad oes angen i'r deunydd gario llwyth strwythurol. Y ffigur ehangu thermol yw'r fantais bendant: ar 8.6 rhan y filiwn fesul kelvin, mae tarian gwres titaniwm yn tyfu tua hanner cymaint ag un dur di-staen dros yr un cynnydd tymheredd, sy'n lleihau'r straen a roddir ar glymwyr a mowntiau standoff yn ystod pob cylch gwres. Mae ymwrthedd cyrydiad mewn cyddwysiad a halen ffordd yn cael gwared ar y broblem methiant cotio sy'n byrhau bywyd tarianau dur wedi'u goleuo yng ngwasanaeth y gaeaf.
Ar gyfer tiwbiau gwacáu y mae'n rhaid eu hehangu'n fflans neu eu rholio i mewn i uniad, Gradd 1 yw'r dewis gorau na'r Radd 2 cryfach oherwydd yr elongation o 24 y cant yn unig. Mae ehangu tiwb y tu hwnt i tua 15 y cant yn annibynadwy yn Radd 2, tra bod Gradd 1 yn goddef y llawdriniaeth yn gyfforddus.
Gwifren Llenwi, Caewyr a Rhannau Bach wedi'u Ffurfio
Mae gwifren weldio titaniwm ar gyfer gwneuthuriad gwacáu yn cael ei gyflenwi yn y graddau masnachol pur, a defnyddir gwifren Gradd 1 lle mae angen hydwythedd mwyaf yn y blaendal weldio. Mae cromfachau bach wedi'u stampio, strapiau clamp, cludwyr gasged a phennau synhwyrydd hefyd yn cael eu cynhyrchu o ddalen Gradd 1 oherwydd bod y gweithrediadau lluniadu a bathu dwfn yn fwy darbodus pan nad yw'r deunydd yn ymladd y marw. Pan fo angen cryfder yn hytrach na ffurfadwyedd ar gydran, mae'r aloi alffa Ti-6Al-4V yn mynd i mewn i'r llun, a'r aloi hwnnw, nid Gradd 1, a ddefnyddir ar gyfer falfiau, bolltau gwialen cysylltu a ffynhonnau crog mewn cymwysiadau perfformiad.
Dyletswydd Cyrydiad mewn Systemau Cerbydau
Nid yw titaniwm yn pylu nac agennau'n cyrydu mewn amgylcheddau cario clorid ar dymheredd modurol, sy'n gwneud Gradd 1 yn ddeniadol ar gyfer caewyr tangyrff, caledwedd rheoli thermol pecynnau batri ac unrhyw gydran sy'n agored i chwistrell halen. Mae'r un eiddo wedi gwneud cyfnewidwyr gwres plât titaniwm ac yn codi tâl ar gydrannau oerach aer yn hyfyw mewn peiriannau dyletswydd trwm a morol, lle mae dolenni oeri dŵr môr yn ymosod ar ddeunyddiau confensiynol. Mae cydrannau oerach ailgylchredeg nwy gwacáu, sy'n gweld cyddwysiad asidig ar dymheredd cymedrol, yn gymhwysiad pellach lle mae titaniwm yn para am ddur di-staen ferritig.
Nodiadau Gwneuthuriad ar gyfer Gwaith Modurol
Mae gradd 1 yn ffurfio dur gwrthstaen meddal ond mae'n ymddwyn yn wahanol mewn tri ffordd. Mae Springback ar ôl plygu yn uchel oherwydd dim ond tua 103 GPa yw'r modwlws elastig, felly mae angen iawndal gorblygu ar offer. Mae dargludedd thermol yn isel, sef tua 21 wat fesul metr kelvin, sy'n golygu bod weldio laser neu wrthiant yn canolbwyntio gwres ac yn gofyn am reolaeth baramedr llymach na dur. Ac ni ellir weldio titaniwm mewn aer: rhaid i'r gorchudd nwy cysgodi ymestyn y tu ôl i'r pwll weldio nes bod y metel yn oeri o dan y trothwy ocsideiddio gweladwy, fel arall mae'r cymal yn colli hydwythedd. Ar gyfer rhannau metel dalen a orchmynnwyd i fanyleb y stribed, y daflen a'r plât, mae'r cyflwr anelio a phiclo yn safonol, a dylai prynwyr nodi a oes angen tystysgrif prawf plygu ar gyfer rhannau ffurfiedig.
Cwestiynau Cyffredin
Q:A yw Gradd 1 yn ddigon cryf ar gyfer braced modurol strwythurol?
A: Dim ond ar gyfer bracedi llwyth isel. Ar gryfder cnwd lleiaf o 138 MPa ni all ddisodli braced dur ar adran debyg heb ailgynllunio sylweddol. Mae Gradd 1 yn ennill ei lle mewn-straen isel, cyrydiad-rhannau agored lle mae hydwythedd yn rheoli gweithgynhyrchu.
Q:Faint o fàs y gall gwacáu titaniwm ei arbed o'i gymharu â dur gwrthstaen?
A: Tua 40 i 45 y cant o fàs y system ar drwch wal cyfartal, a hyd at 50 y cant pan fydd y wal yn cael ei lleihau i fanteisio ar oddefgarwch cyrydiad titaniwm. Mae'r union ffigwr yn dibynnu ar gynllun y system a'r trwch wal a ddewiswyd.
Q:A oes angen gorchudd amddiffynnol ar galedwedd gwacáu titaniwm?
A: Na. Mae'r ffilm titaniwm deuocsid sy'n ffurfio'n naturiol yn sefydlog ar draws yr ystod tymheredd modurol ac yn diwygio ar unwaith os caiff ei ddifrodi. Dim ond am resymau cosmetig y defnyddir cotio neu fel rhwystr thermol ar gydrannau cyfagos.
Q:A ellir weldio rhannau Gradd 1 a Gradd 2 i'w gilydd?
A: Ydy, ac mae'r cyd yn gadarn yn fetelegol oherwydd bod y ddwy radd yn alffa titaniwm heb aloi. Dylai dewis y llenwad gyd-fynd â'r radd cryfder is, a dylai'r weithdrefn weldio fod yn gymwys ar gyfer uno'r cyfuniad trwch.
Q:Beth sy'n disodli Gradd 1 lle mae angen cryfder uwch?
A: Gradd 2 ar gyfer cryfder cymedrol gyda ffurfadwyedd da, a Ti-6Al-4V lle mae angen cydran caled, cryfder uchel. Mae cymwysiadau falf, conrod a sbring mewn peiriannau perfformiad yn defnyddio'r aloi alffa-beta yn hytrach nag unrhyw radd fasnachol bur.
Q:Pam na ddefnyddir titaniwm ar gyfer paneli corff wrth gynhyrchu cyfaint?
A: Cost ac aeddfedrwydd y gadwyn gyflenwi. Mae dur alwminiwm a dur cryfder uchel uwch yn darparu anystwythder digonol am gost deunydd is, ac mae'r seilwaith offer ac uno ar gyfer y deunyddiau hynny eisoes wedi'u gosod. Mae titaniwm mewn cerbydau wedi'i grynhoi lle mae ei briodweddau penodol yn datrys problem nad oes unrhyw ddeunydd rhatach yn ei datrys.
