Studiul, producerea si utilizarea titanului si aliajelor sale

Studiul,producerea si utilizarea titanului si aliajelor sale

Dificulatatile tehnologice deosebite legate de extragerea titanului din minereuri conduc la preturi de cost ridicate si prin aceasta la limitatrea domeniului de utilizare.

Se urmareste scaderea costurilor de productie si alaturi de domeniile deja consacrate aparitia de noi domenii de aplicabilitate:industria chimica,centralele electrice si nucleare ,bunuri de larg consum,medicina,arhitectura.

Cercetarile actuale privind titanul si aliajele sale vizeaza [1]:

a)     Obtinerea unor aliaje rezistente la coroziune,mai ieftine decat aliajele Ti-Pd

Ex: Ti- 0,5 Ni- 0,05 Ru

Ti-Ni-(Pd,Ru)-Cr

b)     Ruteniu este adaugat pentru a reduce cantitatea de paladiu,element mai scump.

c)     Studiu unor aliaje de titan pe baza de compusi intermetalici de tip alfa2 (Ti₃Al),ortorombice (Ti₂AlNb),gama (Ti Al) si cu memoria formei (Ti Ni) [2]

d)     Obtinerea maximului de rezistenta (200MPa) prin tratamente termomecanice aplicate aliajelor de tip beta.

e)     O alta directie de cercetare o constituie cresterea tenacitatii concomitent cu marirea rezistentei mecanice.

f)      Studiul privind precipitarea fazei fragile in aliaje de titan cu pret de cost scazut (avand in compozitie fier).

g)     Dezvoltarea aliajelor de tip alfa+beta fara vanadiu,ca materiale biocompatibile.

Ex: Ti- 15Zr -4Nb -4Ta-0,2Pd

Ti- 15Sn -4Nb -2Ta-0,2Pd

Alte domenii de utilizare a aliajelor de titan in afara de industria aeronautica sunt urmatoarele:

-Tubulatura din aliaje de titan rezista in medii acide,geotermale,marine.Platformele petroliere folosesc aliaje de titan datorita densitatii si a modulului de elasticitate reduse.

-Reducerea pretului de cost al aliajelor de titan se poate realiza prin introducerea sau pastrarea in compozitia chimica a fierului din minereu [3]

Ex: Ti-1,5Al-4,5Fe-6,8Mo

Ti-5Al-2,5Fe

-Reducerea de greutate cu peste 50% prin inlocuirea otelurilor pentru arcuri cu aliaje de titan este binevenita pentru sistemele de suspensie ale automobilelor de curse.

-Aliajele de titan pot inlocui materialele compozite,datorita rezistentei sale mari la coroziune si a pretului de cost mai redus sau pot constitui matricea metalica intr-un material compozit cu fibre de SiC [4].

-Pentru piese care lucreaza la temperaturi de peste 650^oC sunt utilizate aliaje refractare de titan.

Aliajele de titan de tip alfa2 si beta rezista la temperaturi pana la 800^oC.

Pe baza transformarilor polimorfe complexe pe care titanul si aliajele sale le prezinta,acestea pot fi supuse tratamentelor termice caracteristice aliajelor fierului,respectiv aliajelor de aluminiu.

Titanul si aliajele sale sunt supuse tratamentelor termice in scopuri bine determinate,ca de exemplu:

1.Reducerea tensiunilor reziduale dezvoltate in timpul fabricatiei.

2.Realizarea unor caracteristici optime de ductilitate,tenacitate si stabilitate dimensionala si structurala.

3.Obtinerea unor caracteristici de rezistenta ridicata.

Recoacerea,calirea de punere in solutie si imbatranirea sunt tratamente care urmaresc modificarea proprietatilor mecanice.

Eliminarea tensiunilor interne obtinute prin recoacere conduce la cresterea rezistentei la coroziune si in acelasi timp asigurarea conditiilor prelucrarilor ulterioare.

Posibilitatea aplicarii tratamentelor termice si natura acestora in cazul aliajelor de titan poate fi interpretata pe baza diagramelor de echilibru fazic si a existentei starilor in afara de echilibru.

Metalurgia titanului si a aliajelor sale si tehnologiile de prelucrare la cald sunt dominate de faptul ca titanul prezinta la temperatura de 882^oC o transformare polimorfa.

Modificarea titanului beta este caracterizata printr-o buna ductibilitate si ramane stabila pana la temperatura de topire a titanului pur (1668^oC).

Mecanismul transformarii polimorfe a retelei CVC in retea HC consta din doua etape: [5].

-retea CVC trece in retea CFC

-retea CFC trece in retea HC

Comportare titanului este similara cu cea a zirconiului care prezinta acelasi tip de transformare la o temperatura apropiata de temperatura transformarii polimorfe a titanului.De aceea informatiile oferite de transformarea zirconiului sunt relevante pentru transformarea in titan. Fig.1.1 Mecanism propus de Burgers pentru transformarea retelei CVC - HC in zirconiu [6]

Scaderea temperaturii de transformare polimorfa la cresterea vitezei de racire este mai mica la zirconiu decat la titan.

Elementele dizolvate interstitial conduc la o crestere a raportului c/a a celulei elementare a titanului alfa.Oxigenul nu prezinta efecte semnificative asupra parametrului de retea a (Tiα- HC),dar conduce la cresterea parametrului c,raportul c/a tinzand spre valoarea ideala.