Титан для российского шельфа
1891
Добавить в закладки
Ученые НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» разработали серию морских титановых сплавов, которые могут применяться в качестве конструкционных материалов для морских буровых и добывающих платформ, а также трубопроводных систем.
Фото: ВСМПО-АВИСМА
Новые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде, в сероводородной среде, при воздействии микроорганизмов. Кроме того, они хорошо выдерживают циклические нагрузки. По сравнению с нержавеющей сталью эти материалы более надежны и долговечны: гарантированный срок их эксплуатации в условиях морской воды составляет не менее 50 лет.
«Применение титана вместо нержавеющей стали требует больших
первоначальных затрат, однако это полностью компенсируется
сокращением эксплуатационных расходов.
Новые сплавы, созданные учеными, относятся к различным категориям прочности. Это позволяет выбрать оптимальный вариант в зависимости от предстоящих условий эксплуатации. Для оборудования офшорной техники самыми перспективными являются два сплава на основе титана и алюминия с добавкой молибдена или ванадия. Для эксплуатации в более агрессивных средах и при повышенных температурах эти композиции дополнены микродобавками палладия или рутения.
В Норвегии и Великобритании сплавы на основе титана уже широко
используют для добычи и транспортировки углеводородов. Российские
специалисты тоже имеют опыт работы с этим материалом: в
частности, его применяли при переоборудовании платформы
«Приразломная».
«Россия обладает развитой титановой промышленностью, что создает благоприятные условия для перехода от нержавеющих сталей к конструкционным материалам на основе титана. Это значительно повысит безопасность и срок эксплуатации морских буровых и добывающих платформ. Кроме того, использование титановых сплавов при создании отечественного оборудования заметно снизит импортозависимость в сфере освоения шельфа», – отметил начальник лаборатории титановых сплавов и технологий их производства для судостроения и шельфовых сооружений НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» Евгений Чудаков.
Информация и фото предоставлены пресс-службой НИЦ «Курчатовский институт»
Разместила Наталья Сафронова
НИЦ «Курчатовский институт» титан титановые сплавы Ирина Козлова
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия».
Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
%PDF-1.6 % 937 0 obj >]/Pages 898 0 R/QITE_DocInfo 934 0 R/Type/Catalog>> endobj 654 0 obj >stream 2015-01-14T13:32:09+06:00Microsoft® Word 20102015-01-15T10:17:22+06:002015-01-15T10:17:22+06:00application/pdf
adobe.com/xap/1.0/mm/xmpMMXMP Media Management Schemack20TFfv%P=»5zE~74Yj-`(e@?
3 типа титановых сплавов и их применение
3 типа титановых сплавов и их применение
0 Комментарий админ
просмотров сообщений: 6,034
Титан представляет собой аллотроп с температурой плавления 1668°С.
Титановые сплавы
При комнатной температуре титановые сплавы имеют три матричных структуры, а титановые сплавы делятся на следующие три категории: α-сплавы, (α + β)-сплавы и β-сплавы.
1. Титановые сплавы α Это однофазный сплав, состоящий из твердого раствора α-фазы. Будь то при комнатной температуре или при более высокой температуре практического применения, это α-фаза со стабильной структурой, более высокой износостойкостью, чем у чистого титана, и высокой стойкостью к окислению.
При температуре 500 ℃ ~ 600 ℃ еще сохраняет свою прочность и сопротивление ползучести, но не поддается упрочнению термической обработкой, а прочность при комнатной температуре не высока.
2. β Титановые сплавыЭто однофазный сплав, состоящий из твердого раствора β-фазы, который уже имеет высокую прочность до термической обработки. После закалки и старения сплав дополнительно упрочняется, а прочность при комнатной температуре может достигать 1372～1666 МПа. Однако его термическая стабильность плохая, поэтому он не подходит для использования при высоких температурах.
3. （α+β）Титановые сплавыЭто двухфазный сплав с хорошими комплексными свойствами, хорошей структурной стабильностью, хорошей ударной вязкостью, хорошей пластичностью，и свойствами высокотемпературной деформации, который можно обрабатывать горячим давление, закалку и старение для упрочнения сплава.
Прочность после термообработки примерно на 50-100% выше, чем в отожженном состоянии.
Этот сплав обладает высокой жаропрочностью и может длительно работать при температуре от 400°С до 500°С, а его термостойкость уступает α-сплаву титана.
Среди 3 типов титановых сплавов , которые мы упоминали выше, наиболее часто используются титановый сплав α и титановый сплав α + β; α-титановый сплав имеет наилучшую обрабатываемость, за ним следует α + β-титановый сплав, а β-титановый сплав является худшим.
4. Использование титановых сплавовТитановый сплав обладает такими преимуществами, как высокая прочность, малая плотность, хорошие механические свойства, хорошая ударная вязкость и коррозионная стойкость.
Титановый сплав в основном используется для изготовления компонентов компрессора авиационного двигателя, а также деталей конструкции ракет, ракет и высокоскоростных самолетов.
Титановый сплав — новый важный конструкционный материал, используемый в аэрокосмической промышленности. Его удельный вес, прочность и рабочая температура находятся между алюминием и сталью, но он прочнее алюминия и стали и обладает отличной коррозионной стойкостью в морской воде и сверхнизкими температурами.
Использование титановых сплавов
Применение титанового сплава в области космических аппаратов в основном связано с высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и низкотемпературной стойкостью титанового сплава для изготовления различных сосудов под давлением, топливных баков, крепежных изделий, ремней для инструментов, рам, и ракетные снаряды. Искусственный спутник Земли, пилотируемый космический корабль и космический шаттл также используют сварные детали из пластин из титанового сплава.
ЗаключениеБлагодарим вас за чтение наших статей и надеемся, что эта статья поможет вам лучше понять типов титановых сплавов и их применение. Если вы хотите узнать больше о титановом сплаве или других тугоплавких металлах , вы можете посетить Advanced Refractory Metals ( ARM ) для получения дополнительной информации.
Штаб-квартира в Лейк-Форест, Калифорния, ARM является ведущим производителем и поставщиком тугоплавкие металлы , такие как вольфрам, молибден, тантал, рений, титан, и цирконий .
Мы обеспечиваем наших клиентов высококачественной продукцией из тугоплавких металлов по очень конкурентоспособной цене.
Похожие сообщения:
Свариваемость между титановым сплавом и нержавеющей сталью
Свойства и применение медно-молибденового сплава
6 основных областей применения титана улучшение топливной экономичности транспортных средств и сокращение выбросов CO2
Пресс-релиз Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, 1 апреля 2016 г.
РИЧЛАНД, Вашингтон . — Улучшенный титановый сплав — более прочный, чем любой коммерческий титановый сплав, представленный в настоящее время на рынке, — получает свою прочность благодаря новому способу расположения атомов, образующему особую наноструктуру. Впервые исследователи смогли увидеть это выравнивание, а затем манипулировать им, чтобы сделать самый прочный титановый сплав из когда-либо разработанных, и при этом с более низкой стоимостью процесса.
В статье, опубликованной Nature Communications от 1 апреля, они отмечают, что этот материал является отличным кандидатом для производства более легких деталей транспортных средств, и что это новообретенное понимание может привести к созданию других высокопрочных сплавов.
Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики знали, что титановый сплав, изготовленный с помощью низкозатратного процесса, который они впервые использовали, имеет очень хорошие механические свойства, но они хотели знать, как сделать его еще прочнее. Используя мощные электронные микроскопы и уникальный подход к визуализации с помощью атомного зонда, они смогли заглянуть глубоко внутрь наноструктуры сплава, чтобы увидеть, что происходит. Как только они поняли наноструктуру, они смогли создать самый прочный титановый сплав из когда-либо созданных.
Смешивание
Титан, составляющий 45% веса низкоуглеродистой стали, является легким, но не сверхпрочным элементом. Обычно его смешивают с другими металлами, чтобы сделать его прочнее. Пятьдесят лет назад металлурги пытались смешать его с дешевым железом, а также с ванадием и алюминием. Получившийся сплав, названный Ti185, был очень прочным — но только местами.
Смесь имела тенденцию к комкованию — как и любой рецепт. Железо скапливалось в определенных областях, создавая в материале дефекты, известные как бета-крапинки, что затрудняло надежное коммерческое производство этого сплава.
Около шести лет назад PNNL и ее сотрудники нашли способ обойти эту проблему, а также разработали недорогой процесс производства материала в промышленных масштабах, чего раньше не было. Вместо расплавленного титана команда заменила его порошком гидрида титана. Используя это сырье, они вдвое сократили время обработки и значительно снизили потребность в энергии, что привело к созданию недорогого процесса, используемого в настоящее время компанией Advance Materials Inc. ADMA разработала процесс совместно с металлургом PNNL Куртом Лавендером и продает порошок гидрида титана и другие передовые материалы для аэрокосмической промышленности и других.
Современные кузнецы
Подобно средневековым кузнецам, исследователи знали, что они могут сделать этот сплав еще прочнее путем термообработки.
Нагрев сплава в печи при разных температурах, а затем погружение в холодную воду существенно перестраивает элементы на атомном уровне по-разному, тем самым делая полученный материал прочнее.
Усовершенствованный титановый сплав, более прочный, чем любой коммерческий титановый сплав, представленный в настоящее время на рынке, получает свою прочность благодаря новому способу расположения атомов, образующему особую наноструктуру. Впервые исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории смогли увидеть это выравнивание, а затем манипулировать им, чтобы сделать его еще сильнее. Используя мощные электронные микроскопы и уникальный подход к визуализации атомных зондов в EMSL, Лаборатории молекулярных наук об окружающей среде, пользовательском центре Министерства энергетики США, расположенном в PNNL, они смогли заглянуть глубоко внутрь наноструктуры сплава, чтобы увидеть, что происходит.
Кузнечное дело из искусства превратилось в более научную область. Хотя основные принципы остались прежними, металлурги теперь могут лучше изменять свойства в зависимости от потребностей приложения.
Команда PNNL знала, что если они смогут увидеть микроструктуру в наномасштабе, то смогут оптимизировать процесс термообработки, чтобы адаптировать наноструктуру и достичь очень высокой прочности.
«Мы обнаружили, что если вы сначала термически обработаете его при более высокой температуре перед этапом низкотемпературной термической обработки, вы можете создать титановый сплав на 10-15 процентов прочнее, чем любой коммерческий титановый сплав, представленный в настоящее время на рынке, и что он примерно вдвое прочность стали», — сказал Арун Деварадж, ученый-материаловед из PNNL. «Этот сплав по-прежнему дороже стали, но с его соотношением прочности и стоимости он становится гораздо более доступным и имеет больший потенциал для применения в легких автомобилях», — добавил Винит Джоши, металлург из PNNL.
Деварадж и его команда использовали электронную микроскопию для увеличения сплава до сотен нанометров — примерно в 1000 раз больше толщины среднего человеческого волоса. Затем они увеличили масштаб еще больше, чтобы увидеть, как отдельные атомы расположены в трехмерном изображении, используя систему атомной зондовой томографии в EMSL, Лаборатории молекулярных наук об окружающей среде, Центре научных исследований Министерства энергетики, расположенном в PNNL.
Атомный зонд удаляет только один атом за раз и отправляет его на детектор. Более легкие атомы «летят» к детектору быстрее, а более тяжелые прибывают позже. Каждый тип атома идентифицируется в зависимости от времени, которое требуется каждому атому, чтобы достичь детектора, и положение каждого атома определяется детектором. Таким образом, ученые могут построить атомную карту образца, чтобы увидеть, где находится каждый отдельный атом в образце.
Используя такие обширные методы микроскопии, исследователи обнаружили, что с помощью оптимизированного процесса термообработки они создали микронные и наноразмерные области осадка, известные как альфа-фаза, в матрице, называемой бета-фазой, каждая с высокой концентрацией определенных элементов.
«Атомы алюминия и титана предпочитали находиться внутри наноразмерных выделений альфа-фазы, тогда как ванадий и железо предпочитали перемещаться в бета-фазу матрицы», — сказал Деварадж. Атомы в этих двух областях расположены по-разному.
Обработка областей при более высокой температуре 1450 градусов по Фаренгейту позволила получить уникальную иерархическую наноструктуру.
При измерении прочности путем растяжения или приложения напряжения и растяжения до разрушения обработанный материал достиг увеличения прочности на 10-15 процентов, что является значительным, особенно с учетом низкой стоимости производственного процесса.
Если вы возьмете силу, с которой вы тянете, и разделите ее на площадь материала, вы получите меру прочности на растяжение в мегапаскалях. Сталь, используемая для производства автомобилей, имеет предел прочности на растяжение 800-900 мегапаскалей, в то время как 10-15-процентное увеличение, достигнутое в PNNL, дает Ti185 почти 1700 мегапаскалей, что примерно вдвое превышает прочность автомобильной стали, при этом он почти вдвое легче.
В сотрудничестве с Анкитом Шриваставой, доцентом кафедры материаловедения и инженерии Texas A&M, группа ученых разработала простую математическую модель, объясняющую, как иерархическая наноструктура может привести к исключительно высокой прочности.
Сравнение модели с результатами микроскопии и обработки привело к открытию этого самого прочного титанового сплава из когда-либо созданных.
«Это раздвигает границы того, что мы можем делать с титановыми сплавами, — сказал Деварадж. «Теперь, когда мы понимаем, что происходит и почему этот сплав обладает такой высокой прочностью, исследователи полагают, что они смогут модифицировать другие сплавы, преднамеренно создавая микроструктуры, похожие на те, что в Ti185».
Например, алюминий является менее дорогим металлом, и если наноструктуру алюминиевых сплавов можно будет увидеть и иерархически расположить аналогичным образом, это также поможет автомобильной промышленности создавать более легкие автомобили, которые потребляют меньше топлива и выделяют меньше углекислого газа, чем способствует потеплению климата.
Управление автомобильных технологий Министерства энергетики — Программа материалов для двигателей поддержало это исследование, используя возможности, разработанные в рамках инициативы PNNL по химической визуализации, финансируемой из внутренних источников.