Титані алюміній характеризуються низькою щільністю, високою питомою міцністю і чудовою стійкістю до корозії, що робить їх широко застосовними в таких секторах, як аерокосмічна промисловість, транспорт, виробництво автомобілів і хімічна промисловість.
У сучасному машинобудуванні складні умови експлуатації компонентів створюють більші проблеми щодо продуктивності обслуговування, що стимулює розробку та застосування композитних структур. Композитні компоненти, виготовлені зі сплавів титану та алюмінію, дозволяють оптимально використовувати експлуатаційні характеристики обох матеріалів.
Значні відмінності в теплофізичних і механічних властивостях титану та алюмінію роблять процес зварювання схильним до таких проблем, як пористість і розтріскування. Слід зазначити, що утворення інтерметалічних сполук у результаті металургійних реакцій є основною причиною погіршення продуктивності різнорідних з’єднань Ti/Al.
З яких же причин важко зварювати титан з алюмінієм?
**Алюміній і титан легко реагують з киснем**
1. Алюміній реагує з киснем, утворюючи щільну вогнетривку оксидну плівку Al₂O₃ з температурою плавлення до 2050 градусів; ця плівка перешкоджає з’єднанню двох основних металів і робить зварний шов чутливим до включень.
2. Титан починає окислюватися при 600 градусах; окислення посилюється при підвищенні температури, утворюючи TiO₂ (діоксид титану). Це створює крихкий проміжний шар у зварному шві, що знижує як пластичність, так і міцність.
**Алюміній і титан вступають у різні реакції за різних температур**
1. При 1460 градусах алюміній і титан утворюють сполуку TiAl (алюмінід титану) з масовою часткою алюмінію 36,03%, що підвищує крихкість металу.
2. При 1340 градусах вони утворюють сполуку TiAl₃ (триалюмінід титану) з масовою часткою алюмінію 60–64%.
3. При плавленні утворюється твердий розчин титану в алюмінії, коли масова частка титану досягає 0,15%.
**Взаємна розчинність між алюмінієм і титаном надзвичайно низька**
1. При 665 градусах розчинність титану в алюмінії становить 0,26%–0,28%; ця розчинність зменшується зі зниженням температури.
2. Коли температура падає до 20 градусів, розчинність титану в алюмінії падає до 0,07%, що ускладнює ефективне з’єднання двох основних металів.
3. Розчинність алюмінію в титані ще більш обмежена, що створює значні проблеми при формуванні зварного шва між двома основними металами. Алюміній і титан демонструють високе газопоглинання при високих температурах
4. Рідкий алюміній може розчиняти велику кількість водню, тоді як твердий алюміній майже не розчиняється в ньому; отже, водень не може вчасно вийти під час затвердіння зварного шва, що призводить до утворення пористості.
5. Водень має високу розчинність у титані; при більш низьких температурах водень накопичується, утворюючи пори, що знижує пластичність і міцність зварного шва та робить його схильним до крихкого розтріскування.
Алюміній і титан утворюють з іншими домішками крихкі сполуки
1. Оксиди, утворені алюмінієм і киснем, підвищують крихкість металу, ускладнюючи зварювання.
2. Титан реагує з азотом з утворенням нітриду титану, що знижує пластичність металу.
3. Титан реагує з вуглецем з утворенням карбідів; коли масова частка вуглецю перевищує 0,28%, зварюваність двох основних металів значно погіршується.
Алюміній і титан реагують по-різному при різних температурах
1. Існує велика різниця в теплопровідності між алюмінієм і титаном; теплопровідність алюмінію (206,9 Вт·м⁻¹·K⁻¹) приблизно в 16 разів більша, ніж у титану (13,8 Вт·м⁻¹·K⁻¹).
2. Коефіцієнти лінійного розширення алюмінію та титану сильно відрізняються, при цьому коефіцієнт алюмінію приблизно втричі перевищує коефіцієнт титану; це робить їх схильними до розтріскування під напругою.
Випалювання та випаровування легуючих елементів в алюмінії та титані
1. Коли алюміній або алюмінієві сплави плавляться, елементи з нижчими температурами плавлення-такі як магній і цинк-починають вигоряти або випаровуватися.
2. При досягненні температури плавлення титану або титанових сплавів (1677 градусів) посилюється вигоряння та випаровування алюмінію та інших легуючих елементів, що призводить до неоднорідного хімічного складу шва та зниження міцності.
Електронна-пошта:garychen3215@hotmail.com
Адреса: No.35, Baoti Rd, Baoji city, Shaanxi Province, China
Контактна особа: пан Гері Чен
Телефон: +86-917-8883215
Мобільний/WhatsApp: +86 13092900605
