ちょっと、そこ！のサプライヤーとしてチタン標準部品、これらの部品のパフォーマンスで温度が実際のカーブボールを投げる方法を直接見たことがあります。それでは、温度がチタン標準部品の性能にどのように影響するかについて飛び込みましょう。
温度がチタンの物理的特性にどのように影響するか
まず、基本について話しましょう。チタンは、その高強度と重量比、耐食性、および生体適合性で知られています。しかし、温度はこれらのプロパティを大幅に台無しにする可能性があります。
低温では、チタンはより脆くなります。ご覧のとおり、チタンの原子は特定の結晶構造に配置されています。寒くなると、これらの原子の動きが制限されます。これにより、材料が壊れる前に卑劣な変形の低下になります。たとえば、非常に冷たい外側のスペース環境でチタン標準部品が使用されている航空宇宙用途では、脆性骨折のリスクが増加します。部品が低温で突然の衝撃を受けた場合、ガラスのように割れたり粉砕されたりする可能性があります。
反対に、高温では、チタンの強さが低下し始めます。温度が上昇すると、原子はより多くのエネルギーを獲得し、より自由に動き始めます。これにより、結晶構造が破壊され、原子間の結合が弱まります。高い温度プロセスがある発電所のような産業環境では、チタン標準部品の負荷容量を大幅に減らすことができます。室温で一定量の応力を処理できる部分は、温度が高いときに同じ負荷の下で故障する可能性があります。
機械的性能への影響
チタン標準部品の機械的性能も温度と密接に結びついています。たとえば、疲労抵抗を取ります。疲労とは、周期的な負荷によって引き起こされる材料の弱体化です。高温では、チタン部品の疲労寿命を大幅に減らすことができます。高温での原子移動度の向上により、亀裂が開始して伝播するのが容易になります。
あなたが持っているとしましょうチタンフィルター化学処理プラントで。このフィルターは常に流体の流れにさらされており、周期的な応力が生じます。動作温度が高い場合、フィルターは温度が低いよりもはるかに速く亀裂が発生する可能性があります。これらの亀裂は漏れにつながり、ろ過プロセスの効率を低下させ、安全性の危険を引き起こす可能性があります。
別の側面は、チタン部品の硬度です。硬度とは、材料のインデントまたはスクラッチに対する抵抗の尺度です。温度はそれに大きな影響を与える可能性があります。低温では、チタンはより困難になりますが、前述のように、より脆くなります。この硬度の変化は、部品がどの程度適合するかに影響を与える可能性があります。たとえば、精度 - エンジニアリングアセンブリ、の硬度の小さな変化チタンフランジ温度の変動により、液体やガスの漏れを引き起こす可能性のあるシーリングの悪化や不十分なシーリングにつながる可能性があります。
熱の膨張とその結果
熱膨張は、チタン標準部品に関しては大きな懸念事項です。チタンは、他のいくつかの金属と比較して熱膨張係数が比較的低くなっていますが、それでも拡大し、温度変化と契約しています。
チタン部品が加熱されると、膨張します。部品が何らかの方法で制約されている場合、2つの剛性構造の間でボルトで固定されている場合、拡張は内部応力を引き起こす可能性があります。これらのストレスは非常に高いため、部品がゆがんだり破損したりすることさえあります。チタン標準部品を使用した配管システムでは、温度が突然上昇すると、パイプが拡大する可能性があります。この拡張に対応するためにシステムに十分な柔軟性がない場合、パイプが屈するか、ジョイントが失敗する可能性があります。
逆に、温度が下がると、部品は契約します。この収縮は、特に正確な寸法が重要なアセンブリでも問題につながる可能性があります。たとえば、高精度の機械加工操作では、チタン部品のわずかな収縮により、機械加工プロセス全体を捨てることができ、必要な仕様を満たさない部品が生じる可能性があります。
耐食性と温度
チタンは順調です - その優れた腐食抵抗で知られていますが、温度はこの特性にも影響を与える可能性があります。より高い温度では、腐食速度が増加する可能性があります。たとえば、海洋環境では、チタン部品はしばしば塩水にさらされます。水温が高くなると、腐食を引き起こす化学反応がより迅速に発生する可能性があります。
通常、腐食を防ぐチタンの表面に形成される保護酸化層は、温度の影響を受ける可能性があります。高温では、この酸化物層が安定性が低くなり、腐食性剤がより簡単に浸透することができます。これにより、チタン標準部品の穴の腐食や一般的な表面分解につながる可能性があります。
さまざまなアプリケーションの考慮事項
自動車産業では、チタン標準部品を使用して、体重を減らし、燃料効率を向上させます。しかし、エンジンコンパートメントは非常に熱くなる可能性があります。設計者は、適切なグレードのチタンを慎重に選択し、動作温度範囲を検討する必要があります。彼らは、部品が機械的特性を失うことなく、高い温度環境に耐えることができるようにする必要があります。
医療分野では、その生体適合性のためにチタンが広く使用されています。ただし、外科的処置中、体温はチタンインプラントの特性に小さな変化を引き起こす可能性があります。外科医は、これらの変化が、周囲の骨組織と統合する能力など、インプラントの長期パフォーマンスにどのように影響するかを認識する必要があります。
温度への対処 - 関連する課題
チタン標準部品のサプライヤーとして、私は多くの顧客がこれらの温度に関連する課題に直面しているのを見てきました。解決策の1つは、熱 - 治療プロセスを使用することです。加熱速度と冷却速度を慎重に制御することにより、チタンの微細構造を変更して、さまざまな温度での性能を向上させることができます。たとえば、特定の熱 - 治療は、高温強度または部品の低い温度靭性を増加させる可能性があります。
別のアプローチは、温度補償を念頭に置いてシステムを設計することです。これには、配管システムで伸縮継手を使用するか、アセンブリに追加のクリアランスを追加して、熱膨張と収縮を可能にすることが含まれます。
また、さまざまなグレードのチタンを提供しており、それぞれが異なる温度範囲により適した独自のプロパティセットを備えています。お客様と緊密に連携することで、特定のアプリケーションに最も適したグレードを選択するのを支援できます。
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参照
- Callister、WD、＆Rethwisch、DG（2011）。材料科学と工学：はじめに。ワイリー。
- ASMハンドブック委員会。 （2000）。 ASMハンドブック、ボリューム2：プロパティと選択：非鉄合金と特別な目的材料。 ASM International。