ti-48al-2cr-2nb ist eine fortschrittliche intermetallische Legierung mit hervorragenden Eigenschaften für Hochtemperaturanwendungen. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über Ti-48Al-2Cr-2Nb, einschließlich seiner Zusammensetzung, Eigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen, Preise, Handhabung, Prüfung, Vergleiche mit anderen Legierungen und mehr.
Ti-48Al-2Cr-2Nb Zusammensetzung
Ti-48Al-2Cr-2Nb hat die folgende typische Zusammensetzung:
| Element | Gewicht % |
|---|---|
| Titan (Ti) | 48% |
| Aluminium (Al) | 48% |
| Chrom (Cr) | 2% |
| Niobium (Nb) | 2% |
Diese Titan-Aluminid-Legierung besteht zu etwa gleichen Teilen aus Titan und Aluminium, mit geringen Zusätzen von Chrom und Niob.
Der hohe Aluminiumgehalt führt zu einem leichten intermetallischen Werkstoff. Chrom verbessert die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Niob stärkt die Legierung durch Mischkristallverfestigung und erzeugt feine Ausscheidungen.
Ti-48Al-2Cr-2Nb Eigenschaften
Ti-48Al-2Cr-2Nb weist eine wünschenswerte Kombination von Eigenschaften auf:
| Eigentum | Einzelheiten |
|---|---|
| Dichte | 3,7 g/cm3, sehr niedrig im Vergleich zu Nickelsuperlegierungen |
| Schmelzpunkt | Über 1400°C |
| Stärke | Ausgezeichnet bei Raumtemperatur und hoher Temperatur |
| Oxidationsbeständigkeit | Gut bis zu 700°C |
| Korrosionsbeständigkeit | Beständig gegen viele Chemikalien |
| Wärmeleitfähigkeit | Niedrig, etwa 16 W/m-K |
| Thermische Ausdehnung | Angemessen niedrig |
| Schadenstoleranz | Überlegen gegenüber anderen Intermetallen |
| Kriechstromfestigkeit | Gut |
| Ermüdungsfestigkeit | 110 MPa bei 10^7 Zyklen |
| Bruchzähigkeit | Etwa 20 MPa-m^1/2 |
Aufgrund seiner Eigenschaften eignet sich Ti-48Al-2Cr-2Nb für viele strukturelle Hochtemperaturanwendungen bis zu 700°C. Die geringe Dichte führt zu einer hohen spezifischen Festigkeit.
Ti-48Al-2Cr-2Nb Anwendungen
Ti-48Al-2Cr-2Nb wird verwendet in:
- Komponenten von Gasturbinentriebwerken
- Räder für Turbolader
- Kfz-Ventile
- Flugzeugzellen und Strukturen für die Luft- und Raumfahrt
- Hochtemperatur-Verbindungselemente
- Komponenten für die chemische Verarbeitung
Die Legierung wird wegen ihres guten Verhältnisses zwischen Festigkeit und Gewicht bei hohen Temperaturen häufig in Flugzeugtriebwerken verwendet. Sie wird auch in Turboladerkomponenten für Kraftfahrzeuge verwendet.
Ti-48Al-2Cr-2Nb Spezifikationen
Ti-48Al-2Cr-2Nb wird von den folgenden Normen abgedeckt:
| Standard | Einzelheiten |
|---|---|
| AMS 4988 | Chemische Zusammensetzung und Eigenschaften |
| AMS 4989 | Bleche, Bänder und Platten |
| AMS 4990 | Stange, Knüppel, Draht |
| AMS 4991 | Formteile |
| AMS 4992 | Gussteile |
Die Legierung ist in verschiedenen Produktformen wie Platten, Bleche, Stangen, Knüppel, Draht, Schmiedestücke und Gussstücke erhältlich.
Übliche Größen reichen von 0,010 bis 4,0 Zoll Dicke für Bleche und 0,25 bis 16 Zoll Durchmesser für Rundstäbe.
Ti-48Al-2Cr-2Nb Lieferanten
Zu den weltweit führenden Anbietern von Ti-48Al-2Cr-2Nb gehören:
| Anbieter |
|---|
| VSMPO |
| Allegheny-Technologien |
| Gesellschaft für Spezialmetalle |
| Supra-Legierungen |
| Westaustralische Speziallegierungen |
Ti-48Al-2Cr-2Nb ist eine Speziallegierung, die teurer ist als Standard-Titangüten. Die Preise können je nach Produktgröße, Form, Qualität und Auftragsvolumen zwischen $50/lb und über $200/lb variieren.
Handhabung und Lagerung von Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb sollte mit Vorsicht gehandhabt werden, um Beschädigungen, Verunreinigungen oder Verformungen zu vermeiden:
- Verwenden Sie saubere Werkzeuge und tragen Sie Handschuhe bei der Handhabung
- Vermeiden Sie das Zerkratzen oder Abnutzen von fertigen Oberflächen
- An einem kühlen, trockenen Ort aufbewahren und in Beuteln oder Schachteln verschlossen halten
- Schutz vor chemischer Belastung während der Lagerung
- Lassen Sie die Teile nach der Verarbeitung vollständig abkühlen, bevor Sie sie lagern.
Die Legierung kann bei unsachgemäßer Handhabung zu Rissen neigen. Es sollte darauf geachtet werden, dass Stürze, Stöße oder übermäßige Biegebeanspruchungen vermieden werden.
Inspektion und Prüfung von Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb-Teile und -Materialien können getestet und inspiziert werden durch:
| Methode | Zweck |
|---|---|
| Visuelle Inspektion | Prüfung auf Mängel und Unvollkommenheiten |
| Flüssigkeitseindringprüfung | Risse und Poren in der Oberfläche erkennen |
| Ultraschallprüfung | Interne Fehlererkennung |
| Wirbelstromprüfung | Erkennen von Oberflächenfehlern und oberflächennahen Fehlern |
| Nachweisliche Prüfung | Überprüfung der Festigkeit und Aufdeckung von Rissen |
| Zugfestigkeitsprüfung | Messung der Zugeigenschaften |
| Metallographie | Gefüge- und Fehleranalyse |
| Messung der Dichte | Zusammensetzung und Qualität prüfen |
| Härteprüfung | Bestimmen Sie die mechanischen Eigenschaften |
Sowohl zerstörungsfreie als auch zerstörende Verfahren werden eingesetzt, um die Qualität von Ti-48Al-2Cr-2Nb-Teilen vor der Freigabe für den Hochtemperaturbetrieb zu überprüfen.
Ti-48Al-2Cr-2Nb vs. Ti-47Al-2Cr-2Nb
Die Legierung Ti-48Al-2Cr-2Nb unterscheidet sich geringfügig von der Legierung Ti-47Al-2Cr-2Nb im Aluminiumgehalt:
| Legierung | Zum Inhalt | Eigenschaften und Anwendungen |
|---|---|---|
| ti-48al-2cr-2nb | 48 Gew.-% | Höhere Festigkeit, Verwendung in Turboladern und Flugzeugzellen |
| Ti-47Al-2Cr-2Nb | 47 Gew.-% | Bessere Duktilität, Verwendung in Verbindungselementen und Motoren |
Der um 1 % höhere Aluminiumgehalt in Ti-48Al-2Cr-2Nb führt zu einer geringfügig höheren Festigkeit bei hohen Temperaturen, aber zu einer etwas geringeren Duktilität bei Raumtemperatur als bei Ti-47Al-2Cr-2Nb. Ansonsten sind die beiden Legierungen sehr ähnlich.
Ti-48Al-2Cr-2Nb vs. Ti-46Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb kann wie folgt mit Ti-46Al-2Cr-2Nb verglichen werden:
| Legierung | Zum Inhalt | Eigenschaften und Verwendungszwecke |
|---|---|---|
| ti-48al-2cr-2nb | 48 Gew.-% | Höhere Festigkeit für Turbinen und Strukturen |
| Ti-46Al-2Cr-2Nb | 46 Gew.-% | Bessere Duktilität, Verwendung in Blechen und Schmiedestücken |
Ti-48Al-2Cr-2Nb hat einen höheren Aluminiumgehalt als Ti-46Al-2Cr-2Nb, wodurch es eine höhere Festigkeit, aber eine geringere Verformbarkeit bei Raumtemperatur aufweist. Ti-46Al-2Cr-2Nb wird häufiger für Bleche und Schmiedeteile verwendet.
Ti-48Al-2Cr-2Nb vs. Ti-48Al-2Cr
Hauptunterschiede zwischen Ti-48Al-2Cr-2Nb und Ti-48Al-2Cr:
| Legierung | Nb Inhalt | Auswirkungen auf die Eigenschaften |
|---|---|---|
| ti-48al-2cr-2nb | 2% | Höhere Festigkeit und Kriechstromfestigkeit |
| Ti-48Al-2Cr | – | Geringere Festigkeit, geringere Ausscheidungshärtung |
Der Zusatz von 2 % Niob hat bei Ti-48Al-2Cr-2Nb im Vergleich zur niobfreien Ti-48Al-2Cr-Legierung eine erhebliche Verstärkungswirkung. Dadurch wird sie für kritische rotierende Teile bevorzugt.
Ti-48Al-2Cr-2Nb vs. Ti-47Al-2Mn-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb und Ti-47Al-2Mn-2Nb weisen diese Unterschiede auf:
| Legierung | Wichtige Legierungselemente | Eigenschaften und Anwendungen |
|---|---|---|
| ti-48al-2cr-2nb | Chrom | Höhere Temperaturbeständigkeit |
| Ti-47Al-2Mn-2Nb | Mangan | Höhere Duktilität bei Raumtemperatur |
Das Chrom in Ti-48Al-2Cr-2Nb verbessert die Oxidationsbeständigkeit bei höheren Temperaturen, während das Mangan in Ti-47Al-2Mn-2Nb die Verformbarkeit bei Raumtemperatur verbessert.
Vorteile von Ti-48Al-2Cr-2Nb
Zu den wichtigsten Vorteilen von Ti-48Al-2Cr-2Nb gehören:
- Ausgezeichnetes Verhältnis von Stärke zu Gewicht
- Gute Hochtemperaturfestigkeit
- Angemessene Oxidationsbeständigkeit bis zu 700°C
- Geringere Dichte als Nickelsuperlegierungen
- Kann gegossen, geschmiedet, bearbeitet werden
- Bessere Schadenstoleranz als andere Intermetalle
Die Kombination aus geringer Dichte, guter Festigkeit und angemessener Duktilität macht sie zu einer geeigneten Legierung für Flugzeugtriebwerke und andere Hochleistungsanwendungen.
Beschränkungen von Ti-48Al-2Cr-2Nb
Zu den Einschränkungen von Ti-48Al-2Cr-2Nb gehören:
- Geringere Duktilität bei Raumtemperatur als Titanlegierungen
- Sprödes Verhalten bei niedrigeren Temperaturen
- Höhere Kosten als bei Standard-Titanlegierungen
- Schwierig zu formen und zu bearbeiten in einigen Produktformen
- Anfällig für Rissbildung bei unsachgemäßer Handhabung
- Nicht geeignet für den Einsatz über 700°C
Die von Natur aus geringere Duktilität und Bruchzähigkeit der Legierung kann ihre Verwendung in einigen Konstruktionen einschränken und erfordert eine sorgfältige Verarbeitung.
Ti-48Al-2Cr-2Nb Verarbeitung
Ti-48Al-2Cr-2Nb kann verarbeitet und hergestellt werden durch:
- Feinguss
- Schmieden – geschlossenes Gesenk oder isothermisch
- Warmwalzen
- Wärmebehandlung – Lösung und Alterung
- Spanende Bearbeitung – Drehen, Fräsen, Bohren
Die Legierung erfordert eine Warmumformung und Wärmebehandlung, um ein optimales Mikrogefüge und optimale Eigenschaften zu erzielen. Gießen und Schmieden sind gängige Herstellungsverfahren.
Ti-48Al-2Cr-2Nb-Bearbeitung
Ti-48Al-2Cr-2Nb ist für ein intermetallisches Material recht gut zerspanbar:
- Dreh-, Bohr- und Fräsbearbeitungen sind möglich
- Verwenden Sie starre Aufspannungen und scharfe Werkzeuge mit hohem positiven Spanwinkel
- Mäßige Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe erforderlich
- Flutkühlmittel oder Hochdruck-Kühlmittelstrahl verwenden
- Geglühtes Material schneidet leichter als gealtertes Material
- Hartmetallwerkzeuge werden gegenüber Schnellarbeitsstahl empfohlen
Die harte und abrasive Beschaffenheit der Legierung bedeutet, dass im Vergleich zu Standard-Titanlegierungen niedrigere Geschwindigkeiten und Vorschübe sowie eine angemessene Kühlung erforderlich sind. Durch Glühen kann das Material erweicht und die Bearbeitbarkeit verbessert werden.
Ti-48Al-2Cr-2Nb Schweißen
Ti-48Al-2Cr-2Nb ist nur begrenzt schweißbar:
- Kann mit dem Gas-Wolfram-Lichtbogen- (GTAW) oder Plasma-Lichtbogen-Verfahren geschweißt werden
- Knackempfindlichkeit erfordert sehr strenge Kontrollen
- Vorschweißglühen oder Spannungsarmglühen erforderlich
- Zusammensetzungen von Grund- und Zusatzwerkstoffen aufeinander abstimmen
- Wärmebehandlung nach dem Schweißen im Allgemeinen erforderlich
- Widerstandsschweißen und Elektronenstrahlschweißen können auch funktionieren
Die wärmebeeinflusste Zone ist anfällig für Risse in der Schweißnaht, weshalb die Konstruktion der Verbindung, die Schweißparameter und die Nachbehandlung so gestaltet sein müssen, dass dies verhindert wird.
Ti-48Al-2Cr-2Nb Kosten
Ti-48Al-2Cr-2Nb ist teurer als herkömmliche Titanlegierungen:
- Die Preise reichen von $50/lb bis über $200/lb
- Hohe Kosten beschränken den Einsatz auf leistungskritische Anwendungen
- Bestellungen großer Mengen können die Kosten pro Pfund senken
- Die Kosten hängen auch von Produktgröße, Form und Qualitätsanforderungen ab.
- Feingussqualitäten sind oft teurer als Knetprodukte
Die spezielle Zusammensetzung, die Verarbeitung, die geringe Ausbeute und die Endverwendung in der Luft- und Raumfahrt tragen dazu bei, dass Ti-48Al-2Cr-2Nb im Vergleich zu den Standardtitangüten teurer ist.
Ti-48Al-2Cr-2Nb – Häufig gestellte Fragen
Nachstehend finden Sie Antworten auf einige häufig gestellte Fragen zu Ti-48Al-2Cr-2Nb:
F: Was ist eine Ti-48Al-2Cr-2Nb-Legierung?
A: Ti-48Al-2Cr-2Nb ist eine fortschrittliche intermetallische Leichtmetalllegierung, die zu etwa 48% aus Titan, 48% aus Aluminium, 2% aus Chrom und 2% aus Niob besteht. Sie besitzt eine hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen von bis zu 700°C und eine geringe Dichte.
F: Was sind die typischen Anwendungen von Ti-48Al-2Cr-2Nb?
A: Ti-48Al-2Cr-2Nb wird in Triebwerkskomponenten wie Verdichterschaufeln, Turboladerrädern, Flugzeugzellen, Befestigungselementen, Ventilen und anderen Hochtemperaturstrukturen verwendet, bei denen das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht entscheidend ist.
F: Was sind die wichtigsten Eigenschaften von Ti-48Al-2Cr-2Nb?
A: Zu den wichtigsten Eigenschaften gehören eine geringe Dichte, eine gute Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, eine angemessene Oxidationsbeständigkeit sowie eine für ein intermetallisches Material angemessene Duktilität und Bruchzähigkeit bei Raumtemperatur. Es hat spezifische Festigkeiten, die weit über denen von Titan- und Nickellegierungen liegen.
F: Wie ist Ti-48Al-2Cr-2Nb im Vergleich zu Ti-6Al-4V?
A: Ti-48Al-2Cr-2Nb hat eine geringere Dichte, eine höhere Einsatztemperatur, aber eine geringere Duktilität und Bruchzähigkeit bei Raumtemperatur als die allgegenwärtige Titanlegierung Ti-6Al-4V. Ti-6Al-4V bleibt zäher und besser verformbar.
F: Ist Ti-48Al-2Cr-2Nb schweißbar?
A: Ti-48Al-2Cr-2Nb ist wegen seiner Anfälligkeit für Erstarrungsrisse nur begrenzt schweißbar. Es sind besondere Vorkehrungen für die Verbindungsgestaltung, das Vorwärmen, die Schweißparameter und die Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich.
F: Welche Wärmebehandlung wird für Ti-48Al-2Cr-2Nb verwendet?
A: Eine typische Wärmebehandlung ist die Lösungsglühung oberhalb des Gamma-Transus, gefolgt von einer Alterung bei 800-850°C, um durch Ausscheidungshärtung eine optimale Festigkeit und Duktilität zu erreichen.
F: Wie hoch sind die Kosten für Ti-48Al-2Cr-2Nb?
A: Ti-48Al-2Cr-2Nb ist wesentlich teurer als Standard-Titanlegierungen, wobei die Preise je nach Menge, Qualität und Produktgröße/-form von 50 $/Pfund bis über 200 $/Pfund reichen.
F: Welche Alternativen gibt es zu Ti-48Al-2Cr-2Nb?
A: Andere Gamma-Titanaluminide wie Ti-45Al-2Mn-2Nb, Ti-47Al-2Cr-2Nb oder Ti-46Al-2Cr-2Nb bieten unterschiedliche Kombinationen von Eigenschaften bei Raumtemperatur und hohen Temperaturen. Nickel-Superlegierungen funktionieren auch bei höheren Temperaturen.
F: Welche Vorsichtsmaßnahmen sind bei der Bearbeitung von Ti-48Al-2Cr-2Nb erforderlich?
A: Ti-48Al-2Cr-2Nb erfordert starre Aufspannungen, scharfe Werkzeuge, mäßige Geschwindigkeiten und Vorschübe, reichliche Kühlung und wird vorzugsweise zuerst geglüht, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Eine sorgfältige Verfahrenstechnik ist erforderlich, um Werkzeugverschleiß und Schäden an der Legierung zu vermeiden.
F: Können Sie die wichtigsten Punkte über Ti-48Al-2Cr-2Nb zusammenfassen?
A: Ti-48Al-2Cr-2Nb ist eine leichte Hochtemperatur-Titanaluminid-Legierung mit guter Festigkeit bis zu 700°C, geringer Dichte, Oxidationsbeständigkeit und besserer Duktilität als andere Intermetalle. Sie eignet sich für Flugzeugtriebwerke, ist aber wesentlich teurer als Standard-Titanlegierungen. Eine ordnungsgemäße Verarbeitung und Handhabung ist entscheidend, um Risse zu vermeiden.