Precis som andra legeringar, består titanlegeringar av en blandning av kemiska grundämnen. De kännetecknas av en mycket hög draghållfasthet, seghet och korrosionsbeständighet. Dessutom kan titanlegeringar motstå extremt höga temperaturer på upp till 760°C (1400°C) och är densitet låg jämfört till stål och andra superlegeringar. Därför är titanlegeringar jämförbart lätta. Men å andra sidan uppvägs dessa fördelar av höga produktions- och materialkostnader.
Rent titan finns i form av β-fas vid temperaturer över 885 °C (1625 °F) och i form av α-fas vid temperaturer under 885 °C. Legeringselementen kan antingen stabilisera a- eller p-fasen. Legeringar som stabiliserar α-fas inkluderar aluminium, syre och kväve. Molybden, volfram och tantal stabiliserar β-fasen.
Titanlegeringskategorier
Titanlegeringar klassificeras i tre olika kategorier. Dessa är differentierade efter fassammansättningen.
Olegerade kvaliteter eller alfalegeringar
Kommersiellt rent eller olegerat titan kännetecknas av en titaninnehåll över 99 %. Det huvudsakliga legeringselementet är syre, som bestämmer styrkan. En högre syrehalt gör att styrkan och hårdheten ökar också. Alfa-legeringar består vanligtvis bara av α-fas. På grund av föroreningar är dock små mängder β-fas möjliga.
Olegerade titankvaliteter visar mycket god korrosionsbeständighet och hög duktilitet och formbarhet. hållfastheten är dock relativt låg jämfört med andra titanlegeringskvaliteter. Vidare kan alfalegeringar inte värmebehandlas för att öka styrkan.
Exempel på olegerade kvaliteter är ASTM klass 1, 2, 3 och 4.
Nära alfalegeringar
Till skillnad från alfalegeringar som helt består av α-fas, nära alfa legeringar innehåller en liten mängd duktil β-fas. För att stabilisera α-fas tillsätts legeringar såsom aluminium. Dessutom används legeringar såsom molybden eller vanadin som β-fasstabilisatorer. Innehållet av dessa är ca 1-2 %.
Nära alfalegeringar visar hög seghet, bra krypmotstånd och svetsbarhet . Den mekaniska hållfastheten är dock endast måttlig och ökar med aluminiuminnehållet.
Exempel på nära alfa-legeringar inkluderar Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo och Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb.
Alfa-beta-legeringar
Alfa-beta-legeringar består huvudsakligen av Ti-(4-6)Al kombinerat med halter mellan 4 % och 5 % β-stabilisator ) element. Dessa inkluderar element som volfram, molybden, vanadin och aluminium. Därför består alfa-beta-legeringar av en blandning av α- och β-faser.
Alfa-beta-legeringar kan vara värme behandlad. Detta resulterar i en betydande ökning av hållfastheten, speciellt när fällningshärdning tillämpas. Värmebehandlingen leder dock till en minskning av duktiliteten.
Totalt alfa-beta legeringar visar hög drag- och utmattningshållfasthet. De kännetecknas också av god varmformbarhet och acceptabel krypmotstånd.
Exempel på alfa -beta-legeringar inkluderar Ti-6Al-4V (Grad 5), som utgör hälften av den totala produktionen av titanlegeringar.
Betalegeringar
Betalegeringar är rika på β-fas. Detta säkerställs genom att tillsätta tillräckligt med β-fasstabilisatorer som molybden och vanadin. På så sätt är det möjligt att bibehålla β-fasen efter härdning.
Precis som alfa-beta-legeringar kan beta-legeringar vara värme och lösning behandlad. Därför kan de ha hög styrka och stor formbarhet. Emellertid är utmattningshållfastheten och duktiliteten låg.
Exempel på beta-legeringar inkluderar Ti- 10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al och Ti-15-3.
Applikationer
Titanlegeringar är tillämpas i en mängd olika branscher, som inkluderar följande.
Aerospace applications
Kommersiellt rent titan och titanlegeringar visar hög hållfasthet, bra kryp- och korrosionsbeständighet i kombination med låg vikt. Dessa egenskaper gör materialet perfekt lämpat för användning i industrier som förlitar sig på höga standarder, såsom flygindustrin.
Titan används vid konstruktion av jetmotorer och flygplan. Legeringen Ti-6Al-4V är särskilt vanlig och står för nästan 50 % av alla legeringar som används inom flygindustrin, som är den största konsumenten av titan.
Marinindustri
På grund av den utmärkta korrosionsbeständigheten har titan använts i stor utsträckning inom den marina industrin. Byggande av fartyg, speciellt för oljeborrplattformar och avsaltning av vatten är användningsområden.
Medicinska applikationer
Titan har inte bara en hög korrosionsbeständighet, utan är också biokompatibel. I kombination med dess förmåga att förenas särskilt väl med mänskliga ben, håller det på att bli ett viktigt material inom den medicinska industrin. Den används för följande applikationer:
- Ledersättningar
- Tandimplantat
- Kirurgiska apparater
- Farmaceutisk utrustning
Bilindustrin
Inom bilindustrin används titan ännu inte i massproduktion på grund av dess höga kostnad. Det används dock ofta i racing- och högpresterande bilar, särskilt i motordelar och avgassystem och ljuddämpare.
