Het principe van titaniumlegeringen

Titaniumlegeringen zijn legeringen die zijn samengesteld uit titanium als basis en andere elementen. Titanium bestaat in twee allotrope vormen: -titanium met een dicht-opeengepakte zeshoekige structuur onder 882 graden, en -titanium met een-lichaamsgecentreerde kubieke structuur boven 882 graden.

Legeringselementen kunnen worden ingedeeld in drie categorieën op basis van hun invloed op de fasetransformatietemperatuur:

① Elementen die de fase stabiliseren en de fasetransformatietemperatuur verhogen, worden -stabiliserende elementen genoemd, waaronder aluminium, koolstof, zuurstof en stikstof. Aluminium is het belangrijkste legeringselement in titaniumlegeringen, waardoor de sterkte van de legering bij zowel kamer- als hoge temperaturen aanzienlijk wordt verbeterd, het soortelijk gewicht wordt verminderd en de elasticiteitsmodulus wordt vergroot.

② Elementen die de fase stabiliseren en de fasetransformatietemperatuur verlagen, worden -stabiliserende elementen genoemd, die verder kunnen worden onderverdeeld in isomorfe en eutectoïde typen. De eerste omvat molybdeen, niobium en vanadium; de laatste omvat chroom, mangaan, koper, ijzer en silicium.

③ Elementen die weinig effect hebben op de fasetransformatietemperatuur worden neutrale elementen genoemd, waaronder zirkonium en tin.

Zuurstof, stikstof, koolstof en waterstof zijn de belangrijkste onzuiverheden in titaniumlegeringen. Zuurstof en stikstof hebben een hoge oplosbaarheid in de fase, waardoor titaniumlegeringen aanzienlijk worden versterkt, maar hun plasticiteit wordt verminderd. Het zuurstof- en stikstofgehalte in titanium wordt doorgaans gespecificeerd als respectievelijk lager dan 0,15–0,2% en 0,04–0,05%. Waterstof heeft een zeer lage oplosbaarheid in de fase; overmatige waterstofoplossing in titaniumlegeringen zal hydriden vormen, waardoor de legering bros wordt. Het waterstofgehalte in titaniumlegeringen wordt gewoonlijk onder de 0,015% gehouden. Het oplossen van waterstof in titanium is omkeerbaar en kan worden verwijderd door vacuümgloeien.