Titanin aluminij odlikujejo nizka gostota, visoka specifična trdnost in odlična odpornost proti koroziji, zaradi česar so široko uporabni v sektorjih, kot so vesoljski promet, transport, proizvodnja vozil in kemična industrija.
V sodobnem inženiringu so zahtevni delovni pogoji, postavljeni na komponente, ustvarili večje izzive glede učinkovitosti storitev, s čimer so spodbudili razvoj in uporabo kompozitnih struktur. Kompozitne komponente iz titanovih in aluminijevih zlitin omogočajo optimalen izkoristek zmogljivosti obeh materialov.
Zaradi znatnih razlik v termofizikalnih in mehanskih lastnostih titana in aluminija je postopek varjenja nagnjen k težavam, kot sta poroznost in razpoke. Predvsem je tvorba intermetalnih spojin, ki izhajajo iz metalurških reakcij, glavni vzrok za poslabšanje delovanja v Ti/Al raznovrstnih spojih.
Kakšni so torej razlogi, zakaj je varjenje titana na aluminij težavno?
**Aluminij in titan zlahka reagirata s kisikom**
1. Aluminij reagira s kisikom, da nastane gost, ognjevzdržen oksidni film Al₂O₃ s tališčem do 2050 stopinj; ta film ovira lepljenje obeh osnovnih kovin in naredi zvar dovzeten za vključke.
2. Titan začne oksidirati pri 600 stopinjah; oksidacija se stopnjuje, ko se temperatura dvigne, pri čemer nastane TiO₂ (titanov dioksid). To ustvari krhko vmesno plast znotraj zvara, kar zmanjša plastičnost in žilavost.
**Aluminij in titan sta podvržena različnim reakcijam pri različnih temperaturah**
1. Pri 1460 stopinjah aluminij in titan tvorita spojino TiAl (titanov aluminid) z masnim deležem aluminija 36,03 %, kar poveča krhkost kovine.
2. Pri 1340 stopinjah tvorijo spojino TiAl₃ (titanov trialuminid) z masnim deležem aluminija 60–64 %.
3. Pri taljenju nastane trdna raztopina titana v aluminiju, ko masni delež titana doseže 0,15%.
**Medsebojna topnost med aluminijem in titanom je izjemno nizka**
1. Pri 665 stopinjah je topnost titana v aluminiju 0,26%–0,28%; ta topnost se z nižanjem temperature zmanjšuje.
2. Ko temperatura pade na 20 stopinj, topnost titana v aluminiju pade na 0,07 %, kar oteži učinkovito povezavo obeh osnovnih kovin.
3. Topnost aluminija v titanu je še bolj omejena, kar ustvarja velike izzive pri oblikovanju zvara med dvema osnovnima kovinama. Aluminij in titan imata visoko absorpcijo plina pri visokih temperaturah
4. Tekoči aluminij lahko raztopi velike količine vodika, medtem ko trdni aluminij zanj skoraj ni topen; posledično vodik ne more pravočasno uiti med strjevanjem zvara, kar povzroči nastanek poroznosti.
5. Vodik ima visoko topnost v titanu; pri nižjih temperaturah se vodik združuje in tvori pore, kar zmanjšuje plastičnost in žilavost zvara in ga naredi nagnjenega k krhkim razpokam.
Aluminij in titan tvorita z drugimi nečistočami krhke spojine
1. Oksidi, ki jih tvorita aluminij in kisik, povečajo krhkost kovine in otežijo varjenje.
2. Titan reagira z dušikom in tvori titanov nitrid, kar zmanjša plastičnost kovine.
3. Titan reagira z ogljikom in tvori karbide; ko masni delež ogljika preseže 0,28 %, se varivost obeh osnovnih kovin bistveno poslabša.
Aluminij in titan izkazujeta različne reakcije pri različnih temperaturah
1. Med aluminijem in titanom obstaja velika razlika v toplotni prevodnosti; toplotna prevodnost aluminija (206,9 W·m⁻¹·K⁻¹) je približno 16-krat večja od titana (13,8 W·m⁻¹·K⁻¹).
2. Koeficient linearne razteznosti aluminija in titana se močno razlikuje, pri čemer je koeficient aluminija približno trikrat večji od koeficienta titana; zaradi tega so nagnjeni k pokanju pod obremenitvijo.
Izgorevanje-in izhlapevanje legirnih elementov v aluminiju in titanu
1. Ko se aluminij ali aluminijeve zlitine talijo, začnejo elementi z nižjimi tališči-, kot sta magnezij in cink-, izgorevati ali izhlapevati.
2. Ko dosežete tališče titana ali titanovih zlitin (1677 stopinj), se izgorevanje in izhlapevanje aluminija in drugih legirnih elementov okrepita, kar ima za posledico nehomogeno kemično sestavo zvara in zmanjšano trdnost.
E-pošta:garychen3215@hotmail.com
Naslov: No.35, Baoti Rd, mesto Baoji, provinca Shaanxi, Kitajska
Kontakt: g. Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobilni/WhatsApp: +86 13092900605
