Титан: Легкий, долговечный выбор для аэрокосмических компонентов

Последняя статья в нашей серии блога «Материаловедение» переносит нас в мир механической обработки. Здесь мы рассматриваем высокопрочный титан и разбираем преимущества и слабости, чтобы помочь вам решить, подходит ли этот материал для вашего следующего проекта механической обработки.

Свойства и спецификации

В Protolabs мы предлагаем титановый материал Титан Grade 5 6Al-4V для металлической 3D-печати, ЧНЦ-фрезеровки и ЧНЦ-токарной обработки. Эта статья сосредоточена на сплаве 5 класса, используемом в проектах механической обработки. Кованый титановый сплав — самый широко используемый класс и двухфазный альфа-бета-сплав с алюминием как альфа-стабилизатором и ванадием как бета-стабилизатором.

Титан Grade 5 6Al-4V предлагает очень высокую прочность, долговечность и коррозионно-стойкие свойства и может использоваться в широком диапазоне температур от криогенных (приблизительно -150 °C) до 800 °F (427 °C). Эти свойства делают его хорошим выбором для множества применений, включая крепеж, сосуды под давлением и критические ковки, требующие высокого соотношения прочность/вес.

Низкое тепловое расширение титана, с температурой плавления около 3000 °F (1650 °C), означает, что он хорошо сохраняет форму при воздействии тепла. Сплав используется в отожженном состоянии или растворите и старите, показывая 30–34 и 35–39 соответственно по шкале твердости HRC.

Титан и аэрокосмическая промышленность

Как указывает «Global Aerospace and Defense Industry Outlook 2019» от Deloitte, по мере продолжения восходящего тренда в аэрокосмической и оборонной отраслях, спрос на производство также продолжает расти. И при проектировании для аэрокосмических и оборонных применений выбор материала критичен. Для компонентов, покидающих Землю, сокращение компонентов и облегчение — ключевы. Инженеры-конструкторы в этой сфере знают, сколько унций топлива требуется, чтобы поднять грамм веса, поэтому незначительные сокращения приводят к большим выгодам.

Тот факт, что Титан Grade 5 6Al-4V легок, сохраняя высокую прочность и температурную стойкость, делает его особенно популярным в авиации и аэрокосмике. Распространенные применения: лопатки компрессора, диски и кольца для реактивных двигателей; компоненты планеров и космических капсул; корпуса ракетных двигателей; втулки роторов вертолетов. Однако, насколько бы он ни обладал высокой температурной и коррозионной стойкостью, титан — равно плохой электрический проводник, делая его плохим вариантом для электротехнических применений. Он также дороже по сравнению с другими легкими металлами, как алюминий.

Варианты покрытия добавляют дополнительную стойкость

Хроматное покрытие — отличный способ защитить ваши титановые механически обработанные детали от общего износа. И поскольку внешний вид 5 класса титана варьируется в зависимости от того, насколько он был изменен, от тускло-серого в сыром виде до блестяще-серебристого при гладкой поверхности, покрытие — хороший способ создать улучшенный и согласованный косметический вид.

Хроматное покрытие — это конвертное покрытие, означающее, что процесс меняет химический характер поверхности, превращая ее в оксид алюминия. Его защитный слой обеспечивает коррозионную стойкость и улучшенный косметический вид для металлических деталей. Это отличается от процесса анодирования — доступного для алюминиевых деталей — при котором деталь помещается в кислотную ванну, пока электричество проходит между металлом — действующим как положительно заряженный анод — и кислородно-богатой кислотной ванной. Внутри электрической цепи противоположности притягиваются, и кислород связывается с металлом, образуя более толстый защитный слой на поверхности для обеспечения износостойкости и коррозионной защиты.

Для получения дополнительной информации о наших производственных материалах посетите наше Руководство по сравнению материалов или закажите бесплатный селектор материалов для ЧНЦ-обработки. Карманное справочное пособие поможет определить правильные материалы для вашего следующего проекта, перечисляя конкретные измерения свойств, чтобы обеспечить наиболее подходящий материал и процесс для применения вашей детали.