Genel Bakış
Titanyum tozu, yüksek mukavemet, düşük yoğunluk, korozyon direnci ve biyouyumluluğun benzersiz kombinasyonu için değerli olan çok yönlü bir metalik malzemedir. Bir toz olarak titanyum, karmaşık titanyum bileşenleri oluşturmak için metal enjeksiyon kalıplama (MIM), eklemeli üretim (AM), sıcak izostatik presleme (HIP) ve toz metalurjisi (PM) presleme ve sinterleme gibi gelişmiş üretim tekniklerini kolaylaştırır.
Titanyum tozu için temel uygulamalar arasında havacılık ve uzay bileşenleri, tıbbi implantlar, otomotiv parçaları, spor ekipmanları, kimyasal işleme ve tüketici ürünleri bulunmaktadır. Bu kılavuz, üretim yöntemleri, alaşım bileşimleri, karakteristikler, özellikler, spesifikasyonlar, uygulamalar ve küresel tedarikçiler dahil olmak üzere titanyum tozu hakkında kapsamlı bir genel bakış sunmaktadır. Mühendislere, ürün tasarımcılarına ve teknik program yöneticilerine titanyum tozu seçme ve kullanma konusunda yardımcı olmayı amaçlamaktadır. titanyum tozları.
Titanyum Tozu Üretimi
Titanyum tozu aşağıdaki birincil yöntemler kullanılarak üretilir:
Titanyum Tozu Üretim Yöntemleri
- Gaz Atomizasyonu - Yüksek basınçlı inert gaz, erimiş titanyumu küresel toz haline getirir
- Plazma Atomizasyonu - Titanyum elektrot arkları ultra ince küresel toz oluşturur
- Hidrürleme/Dehidrürleme - Titanyum hidrit tozu (TiO2) dehidre edilerek ince tozlara dönüştürülür
- Mekanik Frezeleme - Bilyalı öğütme titanyum talaşlarını düzensiz parçacıklara ayırır
- Plazma Sferoidizasyonu - Küresel şekiller üretmek için plazmada eritilen düzensiz toz
Gaz atomizasyonu ve mekanik öğütme en yaygın olanlarıdır ve sırasıyla küresel ve açısal toz şekilleri oluştururlar. İlave eleme, şartlandırma ve harmanlama uygulamaya özel partikül boyutu dağılımları oluşturur.
Titanyum Tozu Bileşimleri
Ticari olarak saf olsa da titanyum tozları mevcut olsa da, endüstriyel kullanım için çoğu toz az miktarda alaşım elementi içerir:
Yaygın Titanyum Tozu Bileşimleri
| Alaşım | Birincil Alaşım Elementleri | Temel Özellikler |
|---|---|---|
| CP Titanyum | 99,5%+ Ti | Mükemmel korozyon direnci |
| Ti-6Al-4V | 6% Al, 4% V | Yüksek mukavemetli, ısıl işlem uygulanabilir |
| Ti-6Al-7Nb | 6% Al, 7% Nb | Yüksek mukavemetli, biyouyumlu |
| Ti-555 | 5% Al, 5% Mo, 5% V | Isıl işlem uygulanabilir, işlenebilir |
| Ti-1023 | 10% V, 2% Fe, 3% Al | Yüksek mukavemet, iyi süneklik |
Alüminyum, vanadyum ve niyobyum, mukavemeti ve işlenebilirliği artırmak için yaygın olarak kullanılan ilavelerdir. Eser miktarda bor, karbon, demir ve oksijen de görülür.
Alaşımlama, mükemmel korozyon direncini korurken mikroyapı, sertlik, işlenebilirlik ve diğer özellikleri düzenler.
Titanyum Tozlarının Özellikleri
Titanyum tozunun temel özellikleri şunlardır:
Titanyum Tozu Özellikleri
| Karakteristik | Tipik Değerler | Önem |
|---|---|---|
| Parçacık boyutu | 10 - 150 mikron | Sinterleme davranışı, yüzey kalitesi |
| Parçacık şekli | Küresel, açısal, dendritik | Toz akışı ve paketleme yoğunluğu |
| Görünür yoğunluk | 1,5 - 4,0 g/cc | Basma ve taşıma davranışı |
| Musluk yoğunluğu | 2,5 - 4,5 g/cc | Sıkıştırılabilirlik göstergesi |
| Salon akış hızı | 25 - 35 sn/50g | Toz akışkanlığı |
| Ateşleme sırasında kayıp | 0,1 - 0,5 wt% | Oksijen ve nem içeriği |
| Piroforisite | Hiçbiri | Yanıcılık ve kullanım önlemleri |
Partikül boyutu dağılımı ve toz şekli, toz akışını, sıkıştırmayı, sinterleme tepkisini ve preslenmiş ve sinterlenmiş parçaların yoğunluğunu önemli ölçüde etkiler. Görünür yoğunluk, tozun sıkıştırılabilirliğini gösterir.
Özellikleri Titanyum Tozları
Temel titanyum tozu özellikleri şunlardır:
Titanyum Tozu Özellikleri
| Mülkiyet | Saf Ti | Ti-6Al-4V | Ti-6Al-7Nb |
|---|---|---|---|
| Yoğunluk | 4,5 g/cc | 4,43 g/cc | 4,52 g/cc |
| Çekme Dayanımı | 240 MPa | 930 MPa | 900 MPa |
| Akma Dayanımı | 170 MPa | 860 MPa | 825 MPa |
| Uzama | 24% | 10% | 15% |
| Elastik Modül | 102 GPa | 114 GPa | 105 GPa |
| Sertlik | 80 HB | 334 HB | 321 HB |
| Isı Kapasitesi | 522 J/kg-K | 526 J/kg-K | 527 J/kg-K |
| Termal İletkenlik | 7,2 W/m-K | 7,2 W/m-K | 6,7 W/m-K |
Alüminyum, vanadyum ve niyobyum ile alaşımlama, mukavemeti ve sertliği önemli ölçüde artırır. Spesifik özellikler büyük ölçüde nihai mikro yapıya bağlıdır.
Titanyum Tozu Uygulamaları
Titanyum tozu için temel uygulamalar şunlardır:
Titanyum Tozu Uygulamaları
| Endüstri | Kullanım Alanları | Temel Nedenler |
|---|---|---|
| Havacılık ve Uzay | Yapısal bileşenler, türbin kanatları, bağlantı elemanları | Yüksek mukavemet/ağırlık oranı |
| Tıbbi | Ortopedik implantlar, diş implantları, cerrahi aletler | Biyouyumluluk, korozyon direnci |
| Otomotiv | Biyel kolları, supaplar, yaylar, bağlantı elemanları | Hafiflik, performans |
| Kimyasal | Tanklar, borular, vanalar, pompalar | Korozyon direnci |
| Spor malzemeleri | Golf sopaları, bisikletler, kasklar | Mukavemet, özel mekanik özellikler |
| Petrokimya | Kuyu içi aletler, kuyu başı parçaları | Mukavemet, korozyon direnci |
Titanyumun benzersiz özellikleri, onu zorlu ortamlarda mekanik bütünlüğü korurken havacılık ve uzay bileşenlerinde ağırlığı azaltmak için cazip hale getirir.
Mükemmel biyouyumluluk ve korozyon direnci, ortopedik ve diş implantlarında kullanımı teşvik eder. Titanyumun özelliklerini uyarlama yeteneği, özel performans özelliklerine sahip spor ürünlerini kolaylaştırır.
Titanyum Tozları için Özellikler
Titanyum tozu bileşimleri ve kalitesi çeşitli standart spesifikasyonlarla tanımlanmıştır:
Titanyum Toz Standartları
| Standart | Kapsam | Parçacık Boyutu | Saflık | Kimya |
|---|---|---|---|---|
| ASTM B348 | Sınıf 1-4 alaşımsız Ti tozu | -635 ağ | 99.5%, 99.9%, 99.95% Ti | O, C, N, H sınırları |
| ASTM B801 | Ti-6Al-4V alaşım tozu | -635 ağ | Ti, Al, V bileşim aralıkları | Geçiş limitleri |
| ISO 23301 | Katmanlı üretim Ti tozu | 10-45 mikron | 99,5%+ Ti | O, N, C, H, Fe sınırları |
| AMS 4992 | Havacılık ve uzay sınıfı Ti-6Al-4V tozu | -150 ağ | Ti, Al, V bileşim aralıkları | Geçiş limitleri |
Bunlar, alaşım ilavelerinin kabul edilebilir seviyelerini, oksijen/azot/karbon gibi safsızlıkları, partikül boyutu dağılımlarını ve farklı uygulamalarla ilgili diğer test yöntemlerini tanımlar.
Küresel Tedarikçiler Titanyum Tozları
Birçok büyük şirket, daha küçük bölgesel üreticilerle birlikte titanyum tozları üretmektedir:
Titanyum Tozu Üreticileri
| Tedarikçi | Üretim Yöntemleri | Malzemeler | Yetenekler |
|---|---|---|---|
| ATI Metaller | Gaz atomizasyonu | Ti-6Al-4V, Ti-1023, saf Ti | Geniş alaşım aralığı, büyük hacimler |
| Praxair | Gaz atomizasyonu | Ti-6Al-4V, CP Ti | Küçük partiler, hızlı teslimat |
| Marangoz Katkısı | Gaz atomizasyonu, hidrür-dehidrür | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, saf Ti | Özel alaşımlar, küçük partiler |
| AP&C | Plazma atomizasyonu | CP Ti, Ti alaşımları | Ultrafine 10-45 mikron toz |
| Tekna | Plazma sferoidizasyonu | Ti-6Al-4V, CP Ti | Talaşları küresel toza dönüştürme |
| Baoji Hanz Titanyum | Hydriding | CP Ti, Ti-6Al-4V | Düşük maliyetliÇinli üretici |
Birçoğu hem standart hem de özel alaşım bileşimleri tedarik etmektedir. Bazıları hurda ve talaşların toza dönüştürülmesini sağlar.
Titanyum Tozu Seçimi
Titanyum tozu seçiminde dikkat edilmesi gereken temel hususlar şunlardır:
- Alaşım bileşimi - Mukavemet, süneklik, sertlik gibi istenen özellikleri dengeler
- Saflık seviyesi - Mekanik özellikleri ve mikroyapıyı etkiler
- Partikül boyutu ve şekli - Toz akışını, yoğunluğunu, yüzey kalitesini etkiler
- Görünür ve musluk yoğunluğu - Sıkıştırılabilirlik ve sinterleme tepkisini gösterir
- Kimyasal uyumluluk - Asitler veya tuzlu su gibi servis koşulları için
- Örnekleme prosedürleri - Toz partilerinin temsili testi
- Kalite sertifikaları - ISO 9001, AS9100, vb.
- Teknik uzmanlık toz üreticisinden
Numuneler ve prototipler, belirli bir uygulama için yeni alaşımları ve tozları nitelendirmeye yardımcı olur. Optimum sonuçlar için iyi karakterize edilmiş titanyum tozu elde etmek için saygın tedarikçilerle yakın çalışın.
SSS
Plazma atomize titanyum tozunun faydası nedir?
Plazma atomizasyonu, tipik olarak 10-45 mikron boyutunda çok küresel, akıcı partiküller üretir. Bu, mükemmel sinterlenmiş yoğunluk ve yüzey kalitesi sağlar.
Titanyum tozunun piroforik olmasına ne sebep olur?
Piroforik titanyum tozları havada kendiliğinden tutuşur. Bunun nedeni, yüzey alanını ve reaktiviteyi büyük ölçüde artıran 10 mikronun altındaki son derece küçük partikül boyutlarıdır. Piroforik tozlar için inert gaz kullanımı kullanın.
Parçacık şekli titanyum tozu özelliklerini nasıl etkiler?
Küresel toz iyi akar ve daha yüksek ve daha düzgün yoğunluk ve mekanik özellikler sağlar. Düzensiz toz daha iyi yeşil mukavemet ve sıkıştırılabilirlik sunar ancak daha az öngörülebilir büzülme sağlar.
Hangi son işlemler titanyum tozunun yeniden kullanımını iyileştirebilir?
Eleme, öğütme ve ısıl işlemler, spesifikasyon dışı tozların yeniden kullanılmasına olanak tanır. Plazma sferoidizasyonu talaşları ve daha iri parçacıkları küresel toz hammaddesine dönüştürür.
Titanyum parçaların katmanlı üretimi için hangi standartlar geçerlidir?
ASTM F3001-14, AM için Ti alaşım tozunun karakterizasyonunu ve kalite kontrolünü kapsar. ASTM F2924-14, AM titanyumun mekanik özelliklerini değerlendirmek için standart test yöntemleri sunar.
Titanyum ve çelik kompozit bir yapıyı 3D yazdırabilir misiniz?
Evet, bazı metal 3D baskı işlemleri, bimetalik bileşenler oluşturmak için hassas malzeme geçişi yaparak tek bir parça içinde titanyum ve paslanmaz çelik alaşımları arasında geçiş yapar.
Sonuç
Titanyum tozu, metalin benzersiz özellikleri sayesinde mühendislere yüksek performanslı bileşenler oluşturmada büyük esneklik sağlar. Toz özelliklerinin dikkatli bir şekilde seçilmesi ve deneyimli tedarikçilerle yakın işbirliği, birçok kritik uygulamada en iyi sonuçların elde edilmesini sağlar. Devam eden gelişmeler, titanyum tozu metalurjisi süreçlerinin yeteneklerini, kalitesini ve maliyet etkinliğini artırmaya devam ediyor.
