Is titanium een superlegering?
voorstellen
Moderne productienormen zijn zeer veeleisend. Ingenieurs en ontwerpers worden voortdurend gevraagd om te voldoen aan de eisen van de industrie op het gebied van prestaties, levensduur, duurzaamheid en kostenoptimalisatie. De industriële productie is voortdurend in ontwikkeling. Nieuwe ontwerpprincipes, productiemethoden en materialen zijn essentieel voor innovatie.
Sommige industrieën kunnen bijzonder veeleisend zijn, zoals de lucht- en ruimtevaartindustrie. Lucht- en ruimtevaartproducten zijn tijdens hun levensduur onderhevig aan extreme omstandigheden. Traditionele methoden en materialen zijn niet voldoende om aan de industrienormen te voldoen: daarom gebruiken lucht- en ruimtevaartingenieurs materialen zoals superlegeringen.
Wat zijn hogetemperatuurlegeringen?
In wezen zijn superlegeringen materialen met extreme prestatiestatistieken. De belangrijkste eigenschappen van superlegeringen zijn hoge duurzaamheid, extreem hoge mechanische sterkte, thermo-elasticiteit en een lange levensduur. De belangrijkste eigenschap van superlegeringen is hun vermogen om bij hoge smelttemperaturen te werken. Alle bovengenoemde eigenschappen maken superlegeringen van cruciaal belang voor de lucht- en ruimtevaartindustrie.
Het oorspronkelijke idee om materialen te ontwikkelen die geschikt zijn om onder extreme omstandigheden te opereren, kwam voort uit de wens om vliegtuigen te ontwerpen die ons hoger en sneller konden brengen. De ontwikkeling van superlegeringen hangt nauw samen met de snelle expansie van de lucht- en ruimtevaartindustrie na de Tweede Wereldoorlog.
Soorten legeringen voor hoge temperaturen
Er worden veel soorten hogetemperatuurlegeringen gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Een van de meest gebruikte varianten is een superlegering op titaniumbasis. Zuiver titanium heeft een relatief lage dichtheid, hoge sterkte en hoge corrosieweerstand. Bovendien is titanium het enige element dat met stikstof verbrandt. Titanium is net zo sterk als staal, maar weegt bijna de helft minder. Alleen al deze eigenschappen maken het tot een ideaal materiaal voor de lucht- en ruimtevaartindustrie, waar de verhouding gewicht/sterkte van cruciaal belang is. Titanium wordt in specifieke verhoudingen gemengd met andere elementen om de toch al uitstekende eigenschappen nog verder te verbeteren.
Een van de meest gebruikte legeringen op titaniumbasis is de Ti-6Al-4V-legering. Naast titanium bevat het ook aluminium en vanadium en wordt het voornamelijk gebruikt in cockpitframes, vleugelkasten en bevestigingsconstructies in commerciële vliegtuigen. De legering vertoont een goede balans tussen eigenschappen zoals sterkte, ductiliteit, breuktaaiheid, hoge temperatuursterkte, kruipeigenschappen, lasbaarheid, verwerkbaarheid en warme verwerkbaarheid. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-legering is een hittebestendige legering ontwikkeld in de tweede helft van de jaren zestig. De hittebestendigheidstemperatuur bedraagt ongeveer 450 graden. Deze legering wordt vaak gebruikt in compressorschijven waarbij 500 graden de bovenste temperatuurlimiet is. Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo-legering, ook wel 'Ti17'-legering genoemd, is een legering ontwikkeld in de Verenigde Staten in de Jaren 70 met hoge sterkte en uitstekende breuktaaiheid. De hittebestendigheidstemperatuur bedraagt ongeveer 350 graden. Bij commerciële vliegtuigmotoren zijn de ventilator en de as uit één stuk gemaakt om het motorgewicht te verminderen. Ti-10V-2Fe-3Al-legering heeft uitstekende hardbaarheid, hoge sterkte en hoge vermoeiingssterkte, en wordt voornamelijk gebruikt voor landingsgestellen.
Naast legeringen op titaniumbasis zijn ferrolegeringen een andere klasse legeringen die vaak worden gebruikt in een verscheidenheid aan industrieën, waaronder de ruimtevaart en het leger. In wezen zijn ferrolegeringen legeringen die voornamelijk uit ijzer bestaan. Enkele van de meest gebruikte legeringen op ijzerbasis zijn roestvrij staal, gietijzer en koolstofstaal. Ferrolegeringen vertonen over het algemeen een goede balans tussen eigenschappen, waaronder hitte- en corrosieweerstand, duurzaamheid, sterkte en thermo-elasticiteit. Hoewel ze niet de extreme eigenschappen vertonen van op titanium gebaseerde superlegeringen of andere hogetemperatuurlegeringen, maken hun synthesegemak en kosteneffectiviteit ze van onschatbare waarde.
Een andere belangrijke klasse legeringen voor de lucht- en ruimtevaart- en militaire industrie zijn aluminiumlegeringen. De gewicht-sterkteverhouding van ruw aluminium is op zichzelf al indrukwekkend. De toevoeging van legeringselementen zoals koper, magnesium, mangaan, silicium, tin, nikkel en zink verbetert deze eigenschappen, waardoor aluminiumlegeringen perfect zijn voor militaire en ruimtevaarttoepassingen. De 7xxx-serie aluminiumlegeringen wordt het meest gebruikt in lucht- en ruimtevaarttoepassingen. Het primaire legeringselement in de 7xxx-serie is zink, waardoor deze klasse de sterkste aluminiumlegeringen is. De legeringen uit de 7xxx-serie hebben vloeisterktes boven 500 MPa. De meest voorkomende 7xxx-legeringen zijn Al-Zn-Mg-Cu en Al-Li-Cu-Mg.
