Titaniumdraad bij 1668 C: Smeltpunt vs. Service

Titanium Draad bij 1668 C: Smeltpunt versus Gebruik

Een titanium draad specificatieblad begint met een smeltpunt van 1668 C, en kopers lezen dit redelijkerwijs als een hittebestendigheidscijfer. Dat is het niet. Tussen het smeltpunt en de temperatuur waarop een draad daadwerkelijk kan werken in lucht, zit een gat van meer dan duizend graden, en dat gat wordt opgevuld door oxidatie. Deze pagina scheidt de twee getallen, omdat een onderdeel ontworpen op 1668 C zal falen bij 600 C, terwijl een onderdeel ontworpen op de werkelijke gebruikslimiet dat niet zal doen.

Smeltpunt is een fabricagenummer

1668 C is waar het metaal vloeibaar wordt. Het is belangrijk voor de gieter, voor de lasser die voldoende energie in een verbinding moet stoppen, en voor iedereen die vacuüm solderen of elektronenbundelwerk doet. Het vertelt een ontwerper bijna niets over gebruik, omdat lang voordat die temperatuur wordt bereikt, het oppervlak al heeft gereageerd met de atmosfeer die het omringt. Het kookpunt van 3287 C valt in dezelfde categorie: een eigenschap van het metaal, geen limiet voor een draad.

De werkelijke limiet in lucht is oxidatie

Titanium is reactief. Bij kamertemperatuur is het gevormde oxide een paar nanometer dik en beschermt het metaal, daarom is titanium bestand tegen veel chemicaliën. Verhit dat oxide en het groeit, en boven ongeveer 600 C blijft zuurstof niet langer op het oppervlak, maar begint het in het metaal te diffunderen, waardoor een harde, brosse laag ontstaat die bekend staat als alfakast. De draad behoudt zijn vorm en verliest zijn ductiliteit, en het falen verschijnt later als een scheur bij een buiging of aan de voet van een las.

Voor continu gebruik in lucht wordt commercieel zuivere titanium draad normaal gesproken onder ongeveer 300 C gehouden, en veel specificaties zijn conservatiever. In vacuüm of in hoogzuivere inerte gas beweegt de limiet zich honderden graden omhoog, daarom zijn een ovenarmatuur en een oven-element geen identiek ontwerp, zelfs als ze van dezelfde kwaliteit zijn gemaakt. De atmosfeer, niet alleen de temperatuur, bepaalt het antwoord.

Lage thermische geleidbaarheid verandert hoe de draad opwarmt

De thermische geleidbaarheid van titanium is 21,9 tot 23,9 W/m·K, ongeveer een kwart van die van koolstofstaal en minder dan een tiende van die van koper. Warmte die in een draad wordt gebracht, blijft waar het werd gebracht. Bij lassen is dit nuttig, omdat de boogenergie zich concentreert op de verbinding in plaats van weg te lopen langs de draad, en het is onhandig, omdat dezelfde concentratie een smalle warmte-beïnvloede zone en een steile thermische gradiënt produceert die restspanning in een dunne sectie kan achterlaten.

In gebruik betekent de lage geleidbaarheid dat een titanium draad die als tie of ondersteuning wordt gebruikt, de temperatuur niet snel egaliseert, dus een onderdeel dat een thermische cyclus ondergaat, zal een vertraging hebben tussen de uiteinden. Waar de draad wordt gebruikt voor zijn weerstand in plaats van zijn sterkte, plaatst de weerstand van 4,9 tot 5,1 µΩ·m het een orde van grootte boven koper, wat geschikt is voor verwarmingselementen en detectie in plaats van geleiding.

Sterkte bij temperatuur, niet alleen bij kamertemperatuur

Het specificatieblok op deze pagina vermeldt een vloeigrens van 800 tot 2000 MPa. Gegloeid commercieel zuiver titanium ligt ver onder dat, met Gr2 gespecificeerd vanaf 345 MPa treksterkte en een vloeigrens nabij 275 MPa, en de hogere cijfers behoren tot koudgetrokken draad of tot een legeringskwaliteit. Hetzelfde blok vermeldt een specifieke warmte van 0,124 tot 0,132 kJ/kg·K, terwijl de waarde bij kamertemperatuur voor titanium ongeveer 0,52 kJ/kg·K is; het cijfer op de pagina lijkt in andere eenheden te zijn. Beide worden bewaard zoals de bronpagina ze had, en een bestelling moet worden geplaatst op basis van de kwaliteit en de standaard.

Welke kwaliteit ook wordt gekozen, de sterkte die bij temperatuur van belang is, is lager dan de certificaatwaarde. Titanium verzacht geleidelijk naarmate het opwarmt, en een draad die op zijn vloeigrens bij kamertemperatuur is gedimensioneerd, zal kruipen of uitrekken in een hete toepassing lang voordat hij breekt. Waar het onderdeel een veer of een belaste tie boven ongeveer 250 C is, moet het ontwerp een hete sterktecijfer en een kruiptoeslag gebruiken, niet alleen het certificaat van de fabriek.

Waar titanium draad zijn plaats verdient bij hitte

De toepassingen die werken zijn die welke gematigde temperatuur combineren met corrosie of gewicht. Apparatuur voor chemische processen gebruikt titanium draad voor het vastbinden en voor gaasondersteuning waar de omgeving roestvrij staal zou vernietigen. Luchtvaart gebruikt het in gebieden die een paar honderd graden zien en laag gewicht nodig hebben. Vacuümovens en warmtebehandelingsarmaturen gebruiken het binnen de hete zone waar geen zuurstof is om mee te reageren. Medische en laboratoriumapparatuur gebruikt het waar de draad herhaaldelijk moet worden gereinigd en gesteriliseerd.

De toepassingen die teleurstellen zijn die welke kale titanium draad in een luchtoven boven 600 C plaatsen en verwachten dat deze zich gedraagt als een vuurvast metaal. Dat zal het niet doen. Als dat gebruik vereist is, is het materiaal helemaal geen titanium draad, en het eerlijke antwoord is om de legering of de atmosfeer te veranderen in plaats van de leverancier.

Bestelnotities

Vermeld de kwaliteit en het UNS-nummer, de diameter en tolerantie, de toestand, de spoellengte en het gewicht, het oppervlak en de standaard met zijn certificaatniveau. Vermeld vervolgens de gebruiksomstandigheden: temperatuur, atmosfeer, of de draad belast is, en of deze cyclisch wordt belast. Een draad besteld voor 300 C in lucht en een draad besteld voor 600 C in vacuüm kunnen van dezelfde kwaliteit en diameter zijn en toch verschillende gloeibewerkingen en verschillende oppervlaktebescherming nodig hebben, en de enige manier waarop de fabriek dit weet, is als de aanvraag dit vermeldt.