Egenskaper hos gjutna titanlegeringar och deras tillämpningar inom ventilindustrin
Aug 13, 2025
Jämfört med konventionella legeringsmaterial erbjuder titanlegeringar många fördelar, inklusive låg densitet, hög specifik hållfasthet, korrosionsbeständighet och utmärkt prestanda vid hög och låg temperatur. Därför finner de utbredd tillämpning inom ett brett spektrum av områden, inklusive den petrokemiska industrin, marina miljöer, biomedicin, flyg-, bilindustrin och varvsindustrin. Gjutna titanlegeringar erhålls genom att gjuta titanlegeringar till önskade former. Den mest använda legeringen är ZTC4 (Ti-6Al-4V), som erbjuder stabil bearbetningsprestanda, utmärkt hållfasthet och brottseghet (under 350 grader).
Som viktiga styrkomponenter i rörledningstransportsystem för olika speciella miljöer och specialiserade vätskemedier har ventiler blivit en viktig komponent i många produktionsutrustningar och är oumbärliga för praktiskt taget alla industrier. På grund av de varierande miljö-, temperatur- och mediakraven inom olika branscher är valet av ventilmaterial avgörande och brett värderat.
1. Vanligt använda gjutna titanlegeringar
1.1 Typer
Med tekniska framsteg och produktionsbehov har olika gjutna titanlegeringar utvecklats och applicerats inom ett brett spektrum av områden. Baserat på deras fotografiska sammansättning kan gjutna titanlegeringar delas in i tre typer: , , och + . Baserat på deras styrka kan de kategoriseras i medel-hållfasta och hög-hållfasta titanlegeringar. Baserat på deras driftstemperatur kan de delas in i titanlegeringar med låg-temperatur (rumstemperatur eller lägre), titanlegeringar med medel-temperatur (400 grader ), hög- titanlegeringar med hög temperatur (500 grader eller högre) och flambeständiga- titanlegeringar. Som kan ses har gjutna titanlegeringar ett brett spektrum av applikationer, som täcker nästan alla aspekter och har högt marknadsvärde.
1.2 Mekaniska egenskaper
Gjutna titanlegeringar inkluderar ZTA1, ZTA2, ZTA5 och ZTC4, som omfattar typerna , , och +, betecknade på hemmaplan som TA, TC respektive TB.
Om man tar den mest använda ZTC4-gjutna titanlegeringen som exempel, är dess Al-innehåll 5,5 % till 6,75 %, dess V-innehåll är 3,5 % till 4,5 %, och resten är Ti. Som visas i tabell 1 har ZTC4 gjuten titanlegering en draghållfasthet på 895 MPa och en sträckgräns på 825 MPa. Dess mekaniska egenskaper är jämförbara med de för medel5.5 och hög-hållfast stål, vilket gör det till ett lämpligt alternativ till stål. Dessutom är dess densitet, på endast 4,4 g/cm³, mycket lägre än för stål, vilket underlättar viktminskning. Samtidigt behåller den den överlägsna korrosionsbeständigheten hos titanlegering, en egenskap som stål saknar.
Därför, i framtida industriell produktion, om viktminskning krävs på grund av produktionsbehov, är att välja en lämplig gjuten titanlegering som ersättning ett utmärkt alternativ. Detta kan effektivt minska produktvikten samtidigt som prestanda bibehålls, vilket gör den till ett bra val.
2. Tillämpningar av gjutna titanlegeringar i ventilindustrin
2.1 Marine titanventiler
Under de senaste åren, med den snabba utvecklingen av mitt lands ekonomi, har olika industrier blomstrat. Som en väsentlig allmän-mekanisk utrustning har ventiler sett en ökande efterfrågan på marknaden, och mitt lands ventilindustri har också upplevt en snabb utveckling. En ventil består vanligtvis av en kropp, motorhuv, skiva, spindel, värmeväxlare, packning och ställdon. Kroppen och motorhuven anses vara det primära materialet, medan skivan (grinden), kulan, sätet, skaftet och tätningen anses vara de inre materialen. Fästelement övervägs också. Vanliga ventilmaterial inkluderar grått gjutjärn, segjärn, legerat stål och kopparlegering, vilket erbjuder ett brett utbud av alternativ. Men när produktionskraven ökar har forskare upptäckt att konventionella ventilmaterial är otillräckliga för produktion och forskning i vissa tuffa driftsmiljöer och komplexa, specialiserade arbetsförhållanden. Följaktligen har titanlegeringar och gjutna titanlegeringar väckt uppmärksamhet på grund av deras överlägsna prestanda, vilket leder till utvecklingen av titanlegeringar.
Rörledningssystem för sjövatten fungerar i extremt tuffa miljöer, och prestandan hos marina ventiler påverkar direkt rörledningssystemets säkerhet och övergripande prestanda. Dessa legeringar användes senare i militära fartygsrörsystem. Dessa inkluderade glob-, back- och kulventiler, en mängd olika ventiler som används i stora mängder. Samtidigt började titanventiler också användas i civila fartygsrörsystem. Efterföljande lanseringstester visade att användningen av gjutna titanlegeringar erbjöd överlägsen tillförlitlighet när det gäller strukturell styrka och korrosionsbeständighet jämfört med tidigare använda kopparlegeringar och stål. Denna avsevärt förlängda livslängd, från 2-5 år till mer än dubbelt, väckte stor uppmärksamhet. De trippelexcentriska fjärilsventilerna som tillhandahålls av China Shipbuilding Industry Corporation (CSIC) 725 Research Institute i Luoyang, mitt land, för en viss typ av fartyg, förkroppsligar ett skifte i materialval och design, med material som Ti80. Detta förlängde ventilens livslängd till över 25 år, vilket förbättrade tillförlitligheten och användbarheten av ventilapplikationer och fyllde ett tekniskt gap i Kina.
2.2 Titanventiler för flyg
Gjutna titanlegeringar har också presterat bra inom flygindustrin, tack vare deras utmärkta värmebeständighet och styrka. Även under 1960-talet experimenterade American Airlines först med titangjutgods. Efter en tids forskning började gjutna titanlegeringar officiellt användas i flygplan (som Boeing 757, 767 och 777) 1972. Titanlegeringsgjutgods användes inte bara i stor utsträckning i stationära strukturer, utan även på kritiska platser, såsom ventilkontroller i kritiska rörsystem. Vanliga ventiler inkluderar säkerhetsventiler och backventiler, vilket minskar flygplanstillverkningskostnaderna och ökar säkerheten och tillförlitligheten. Dessutom, eftersom titanlegeringar har en lägre densitet än andra legeringar, som bara väger cirka 60 % av stål med motsvarande hållfasthet, driver deras utbredda användning stadiga framsteg mot flygplan med högre-hållfasthet och lättare{11}}vikt.
För närvarande används flygventiler främst i olika styrsystem, inklusive pneumatiska, hydrauliska, bränsle- och smörjsystem. De är särskilt väl-lämpade för korrosionsbeständighet och hög-temperaturmiljö, vilket gör dem till avgörande komponenter för flygfordon och motorer. Traditionella ventiler kräver ofta periodiskt utbyte och kan till och med inte möta efterfrågan. Dessutom, med den snabbt växande flygventilmarknaden, vinner titanventiler alltmer marknadsandelar på grund av deras överlägsna prestanda.
2.3 Titanventiler för den kemiska industrin
Kemiska ventiler används vanligtvis i tuffa miljöer som kännetecknas av hög temperatur, högt tryck, korrosionsbeständighet och stora tryckskillnader. Därför är lämpligt materialval avgörande för ventilapplikationer inom den kemiska industrin. Tidiga material, som kolstål och rostfritt stål, användes ofta. Dessa material rostade med tiden, vilket krävde utbyte och underhåll. Med den kontinuerliga utvecklingen av gjutteknik för titanlegering och det gradvisa erkännandet av dess överlägsna prestanda, har titanlegeringsventiler också kommit i förgrunden.
Med den kemiska fiberindustrins produktionsenhet för renad tereftalsyra (PTA) som exempel är arbetsmediet huvudsakligen ättiksyra och bromvätesyra, som är mycket frätande. Närmare 8 000 ventiler inklusive stoppventiler, kulventiler etc. behöver användas, med olika typer och enorma mängder. Därför blir titanventiler ett bra val, vilket ökar tillförlitligheten och säkerheten vid användning. Generellt sett, på grund av ureans korrosivitet, kan ventilerna vid utloppet och inloppet av ureasyntestornet uppfylla livslängden på 1 år och uppfylla användningskraven. Men företag som Shanxi Luliang Fertilizer Plant, Shandong Tengzhou Fertilizer Plant och Henan Lingbao Fertilizer Plant har gjort många försök och slutligen valt titanventiler såsom högtrycksbackventiler H72WA-220ROO-50, H43WA-220ROO-580, 65, BJ45WA-25R-100, 125 för inloppet till ureasyntestornet. Livslängden är mer än 2 år, vilket återspeglar god korrosionsbeständighet [9] och minskar bytesfrekvensen och användningskostnaden för ventiler.
Användningen av gjutna titanlegeringar på ventilmarknaden är inte begränsad till de tidigare nämnda industrierna; den upplever också betydande tillväxt inom andra områden. Till exempel har den nya gjutna titanlegeringen Ti-33.5Al-1Nb-0.5Cr-0.5Si, utvecklad i Japan, många fördelar, inklusive låg densitet, hög kryphållfasthet och utmärkt slitstyrka. Dess användning i bilmotorers avgasventiler kan förbättra motorsäkerheten och förlänga livslängden.
3. Tillämpningar av gjutna titanlegeringar i andra industrier
Jämfört med tillämpningen av gjutna titanlegeringar i ventilindustrin, har gjutna titanlegeringar ett bredare användningsområde. Titan och dess legeringar har båda utmärkt korrosionsbeständighet, vilket gör dem avgörande för industrier med korrosiva krav, såsom den petrokemiska industrin. Inom dessa industrier använder stor-industriutrustning såsom deplacementpumpar, värmeväxlare, kompressorer och reaktorer ofta korrosionsbeständiga-titangjutgods, vilket representerar den största efterfrågan på marknaden. Inom det medicinska området är titan erkänt över hela världen som en säker, icke-giftig metall utan tungmetallavgivning. Därför är många medicinska hjälpmedel och proteser gjorda av gjutna titanlegeringar.
Detta är särskilt sant inom tandvård, där nästan alla testade dentala gjutgods är gjorda av kommersiellt rent titan och Ti-6Al-4V-legering, som visar utmärkt biokompatibilitet, mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet. Dessutom, på grund av sin låga densitet och utmärkta prestanda, används titan och dess legeringar i stor utsträckning i en mängd olika sportutrustning, inklusive golfklubbor, klubbhuvuden, tennisracketar, badmintonracketar och fiskeredskap. Produkter tillverkade av titan är lätta, har en garanterad kvalitet och är mycket populära bland allmänheten. Till exempel används titanlegeringen SP-700 som utvecklats av Nippon Kogan Co., Ltd. (N104) som ytmaterial för golfhuvuden i Taylor 300-serien och är en global hit.
Sedan slutet av 1900-talet har användningen av gjutna titanlegeringar inom områden som petrokemi, flyg, biomedicin, fordonsindustrin samt sport och fritid utvecklats från initial utforskning till omfattande marknadsföring och utveckling, och gradvis uppnått industrialisering och skala.
Titan och dess legeringar erbjuder överlägsen prestanda, vilket gör dem till idealiska substitut för många material, såsom stål. Dessutom finns det gott om titanresurser, vilket drar till sig uppmärksamhet från många forskare. Även om utmaningar kvarstår, såsom svårigheten att bryta och smälta titanresurser och bearbetning, är ventil- och titanindustrierna både levande och utvecklas snabbt. Med den framtida stabiliteten för titanbrytning och produktion, och införandet och förfining av nya processer, kommer tillämpningen av gjutna titanlegeringar och gjutgods i ventilindustrin att mogna och bli mer utbredd, med breda tillämpningsmöjligheter även i andra industrier.
Företaget har ledande inhemska produktionslinjer för titanbearbetning, inklusive:
Tysk -importerad produktionslinje för precisionstitanrör (årlig produktionskapacitet: 30 000 ton);
Japansk-teknik rullningslinje för titanfolie (tunnast till 6 μm);
Helautomatisk kontinuerlig extruderingslinje av titanstav;
Intelligent efterbehandlingsfräs av titanplåt och band;
MES-systemet möjliggör digital styrning och hantering av hela produktionsprocessen, vilket uppnår produktens dimensionella noggrannhet på ±0,01μm.
E-e-post
