Propiedades de las aleaciones de titanio y sus aplicaciones en la industria de la válvula

En comparación con los materiales de aleación convencionales, las aleaciones de titanio ofrecen numerosas ventajas, que incluyen baja densidad, alta resistencia específica, resistencia a la corrosión y un excelente rendimiento de alta y baja temperatura. Por lo tanto, están encontrando una aplicación generalizada en una amplia gama de campos, incluida la industria petroquímica, entornos marinos, biomedicina, aeroespacial, industria automotriz y construcción naval. Las aleaciones de titanio fundidas se obtienen lanzando las aleaciones de titanio en las formas deseadas. La aleación más utilizada es ZTC4 (TI-6Al-4V), que ofrece un rendimiento de procesamiento estable, excelente resistencia y dureza de la fractura (por debajo de 350 grados).
Como componentes de control clave en los sistemas de transporte de tuberías para varios entornos especiales y medios de fluido especializados, las válvulas se han convertido en un componente vital de muchos equipos de producción y son indispensables para prácticamente todas las industrias. Debido a los diferentes requisitos ambientales, de temperatura y medios en varias industrias, la selección de material de la válvula es crucial y ampliamente valorada. Las válvulas hechas principalmente de aleaciones de titanio y aleaciones de titanio fundidas tienen amplias perspectivas en la industria de la válvula debido a sus propiedades superiores, incluida la resistencia a la corrosión, un excelente rendimiento de alta y baja temperatura y alta resistencia.
1. Aleaciones de titanio fundido comúnmente usado
1.1 tipos
Con los avances tecnológicos y las necesidades de producción, se han desarrollado y aplicado varias aleaciones de titanio fundido en una amplia gama de campos. Basado en su composición fotográfica, las aleaciones de titanio fundido se pueden dividir en tres tipos:, y + . basados ​​en su fuerza, se pueden clasificar en aleaciones de titanio de fuerza media y alta resistencia. Según su temperatura de funcionamiento, se pueden dividir en aleaciones de titanio a baja temperatura (temperatura ambiente o inferior), aleaciones de titanio de temperatura media (400 grados), aleaciones de titanio de alta temperatura (500 grados o más) y aleaciones de titanio resistentes a la llama. Como se puede ver, las aleaciones de titanio de fundición tienen una amplia gama de aplicaciones, cubren casi todos los aspectos y poseen un alto valor de mercado.
1.2 Propiedades mecánicas
Las aleaciones de titanio fundidas incluyen ZTA1, ZTA2, ZTA5 y ZTC4, que abarcan los tipos, y +, designados en el país como TA, TC y TB, respectivamente.
Tomando la aleación de titanio ZTC4 Cast más ampliamente utilizada como ejemplo, su contenido de Al es de 5.5% a 6.75%, su contenido de V es de 3.5% a 4.5% y el resto es TI. Como se muestra en la Tabla 1, la aleación de titanio de fundición ZTC4 tiene una resistencia a la tracción de 895 MPa y una resistencia de rendimiento de 825 MPa. Sus propiedades mecánicas son comparables a las de acero de resistencia media y alta, lo que la convierte en una alternativa adecuada al acero. Además, su densidad, con solo 4.4 g/cm³, es mucho más baja que la del acero, facilitando la reducción de peso. Al mismo tiempo, conserva la resistencia a la corrosión superior de la aleación de titanio, una característica que carece el acero.

Por lo tanto, en la producción industrial futura, si se requiere una reducción de peso debido a las necesidades de producción, elegir una aleación de titanio fundido adecuada como reemplazo es una excelente opción. Esto puede reducir efectivamente el peso del producto mientras mantiene el rendimiento, por lo que es una buena opción.

2. Aplicaciones de aleaciones de titanio en la industria de la válvula
2.1 válvulas de titanio marino

En los últimos años, con el rápido desarrollo de la economía de mi país, varias industrias han florecido. Como un equipo mecánico esencial de propósito general, las válvulas han visto una creciente demanda del mercado, y la industria de las válvulas de mi país también ha experimentado un rápido desarrollo. Una válvula generalmente consiste en un cuerpo, capó, disco, tallo, intercambiador de calor, embalaje y actuador. El cuerpo y el capó se consideran el material primario, mientras que el disco (puerta), la bola, el asiento, el tallo y el sello se consideran los materiales internos. También se consideran los sujetadores. Los materiales de la válvula comunes incluyen hierro fundido gris, hierro dúctil, acero de aleación y aleación de cobre, que ofrece una amplia gama de opciones. Sin embargo, a medida que aumentan las demandas de producción, los investigadores han descubierto que los materiales de válvula convencionales son insuficientes para la producción y la investigación en algunos entornos operativos duros y condiciones de trabajo complejas y especializadas. En consecuencia, las aleaciones de titanio y titanio fundidos han atraído la atención debido a su rendimiento superior, lo que lleva al desarrollo de válvulas de titanio.

Los sistemas de tuberías de agua de mar funcionan en entornos extremadamente duros, y el rendimiento de las válvulas marinas afecta directamente la seguridad y el rendimiento general del sistema de tuberías. Ya en la década de 1960, Rusia comenzó a investigar las aleaciones de titanio para la construcción naval, posteriormente desarrollando aleaciones de beta titanio de grado marino. Estas aleaciones se utilizaron posteriormente en los sistemas de tuberías de embarcaciones militares. Estos incluyeron globo, cheques y válvulas de bola, una amplia variedad de válvulas utilizadas en grandes cantidades. Simultáneamente, las válvulas de titanio también comenzaron a usarse en los sistemas de tuberías de embarcaciones civiles. Las pruebas de lanzamiento posteriores demostraron que el uso de aleaciones de titanio fundido ofrecía una confiabilidad superior en términos de resistencia estructural y resistencia a la corrosión en comparación con las aleaciones de cobre y el acero previamente utilizados. Esta vida útil significativamente extendida, de 2 a 5 años a más del doble, atrayendo una atención generalizada. Las válvulas de mariposa tripleccentric suministradas por el Instituto de Investigación 725 de la Corporación de la Industria del Construcción del Bugo de China (CSIC) 725 en Luoyang, mi país, para un cierto tipo de barco, incorporan un cambio en la selección y diseño de materiales, empleando materiales como TI80. Esto extendió la vida útil de la válvula a más de 25 años, mejorando la fiabilidad y la practicidad de las aplicaciones de la válvula y llenando un vacío tecnológico en China.

2.2 Válvulas de titanio para aeroespacial

Las aleaciones de titanio de fundición también se han desempeñado bien en el aeroespacial, gracias a su excelente resistencia y resistencia al calor. También durante la década de 1960, American Airlines experimentó por primera vez con fundiciones de titanio. Después de un período de investigación, las aleaciones de titanio fundido comenzaron a usarse oficialmente en aviones (como el Boeing 757, 767 y 777) en 1972. Las válvulas comunes incluyen válvulas de seguridad y válvulas de retención, reduciendo los costos de fabricación de aeronaves y el aumento de la seguridad y la confiabilidad. Además, debido a que las aleaciones de titanio tienen una densidad menor que otras aleaciones, con un peso de solo alrededor del 60% del acero de resistencia equivalente, su uso generalizado está impulsando un progreso constante hacia aviones de mayor resistencia y peso más ligero.

Actualmente, las válvulas aeroespaciales se utilizan principalmente en varios sistemas de control, incluidos los sistemas neumáticos, hidráulicos, de combustible y de lubricación. Son particularmente adecuados para la resistencia a la corrosión y los entornos de alta temperatura, lo que los convierte en componentes cruciales para vehículos y motores aeroespaciales. Las válvulas tradicionales con frecuencia requieren un reemplazo periódico e incluso pueden no poder satisfacer la demanda. Además, con el mercado de válvulas aeroespacial en rápida expansión, las válvulas de titanio están ganando cada vez más cuota de mercado debido a su rendimiento superior.

2.3 válvulas de titanio para la industria química
Las válvulas químicas generalmente se usan en ambientes hostiles caracterizados por alta temperatura, alta presión, resistencia a la corrosión y grandes diferenciales de presión. Por lo tanto, la selección de material apropiada es crucial para las aplicaciones de válvulas en la industria química. A menudo se usaban materiales tempranos, como el acero al carbono y el acero inoxidable. Estos materiales se oxaron con el tiempo, lo que requiere reemplazo y mantenimiento. Con el desarrollo continuo de la tecnología de fundición de aleación de titanio y el reconocimiento gradual de su rendimiento superior, las válvulas de titanio también se han destacado.

Tomando la unidad de producción de ácido tereftálico purificada (PTA) de la industria de la fibra química como ejemplo, el medio de trabajo es principalmente ácido acético y ácido hidrobómico, que son altamente corrosivos. Deben usarse casi 8,000 válvulas, incluidas válvulas de parada, válvulas de bola, etc., con varios tipos y grandes cantidades. Por lo tanto, las válvulas de titanio se convierten en una buena opción, lo que aumenta la fiabilidad y la seguridad del uso. En términos generales, debido a la corrosividad de la urea, las válvulas en la salida y la entrada de la torre de síntesis de urea pueden cumplir con la vida útil de 1 año y cumplir con los requisitos de uso. Sin embargo, empresas como la planta de fertilizantes Shanxi Luliang, la planta de fertilizantes Shandong Tengzhou y la planta de fertilizantes Henan Lingbao han realizado muchos intentos y finalmente seleccionado válvulas de titanio, como las válvulas de verificación de alta presión H72WA-220ROO-50, H43WA-2000ROO-50, 65, 80 y las paradas aisladas BJ45wa-25, 125, 125. Entrada de la torre de síntesis de urea. La vida útil es de más de 2 años, lo que refleja una buena resistencia a la corrosión [9] y reduce la frecuencia de reemplazo y usa el costo de las válvulas.

La aplicación de aleaciones de titanio fundido en el mercado de válvulas no se limita a las industrias antes mencionadas; También está experimentando un crecimiento significativo en otras áreas. Por ejemplo, la nueva aleación de titanio Cast TI-33.5Al-1NB-0.5CR-0.5SI, desarrollado en Japón, cuenta con numerosas ventajas, que incluyen baja densidad, alta resistencia a la fluencia y excelente resistencia al desgaste. Su uso en las válvulas de escape del motor automotriz puede mejorar la seguridad del motor y extender la vida útil.

3. Aplicaciones de aleaciones de titanio en otras industrias
En comparación con la aplicación de aleaciones de titanio fundido en la industria de la válvula, las aleaciones de titanio de fundición tienen una gama más amplia de aplicaciones. El titanio y sus aleaciones poseen una excelente resistencia a la corrosión, haciéndolos cruciales para las industrias con requisitos corrosivos, como la industria petroquímica. Dentro de estas industrias, los equipos industriales a gran escala, como las bombas de desplazamiento positivo, los intercambiadores de calor, los compresores y los reactores, a menudo utilizan piezas de titanio resistentes a la corrosión, lo que representa la mayor demanda del mercado. En el campo de la medicina, el titanio se reconoce en todo el mundo como un metal seguro y no tóxico sin liberación de metal pesado. Por lo tanto, muchos dispositivos de asistencia médica y extremidades protésicas están hechas de aleaciones de titanio fundido.

Esto es particularmente cierto en la odontología, donde casi todas las fundiciones dentales probadas están hechas de titanio comercialmente puro y aleación TI-6Al-4V, lo que demuestra una excelente biocompatibilidad, propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión. Además, debido a su baja densidad y su excelente rendimiento, el titanio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en una variedad de equipos deportivos, incluidos clubes de golf, cabezas de clubes, raquetas de tenis, raquetas de bádminton y aparejo de pesca. Los productos hechos de titanio son livianos, tienen una calidad garantizada y son muy populares entre el público. Por ejemplo, la aleación de titanio SP-700 desarrollada por Nippon Kogan Co., Ltd. (N104) se usa como material de superficie para cabezas de golf de la serie Taylor 300 y es un éxito global.

Desde finales del siglo XX, el uso de aleaciones de titanio fundido en campos como petroquímicos, aeroespacial, biomedicina, la industria automotriz y los deportes y el ocio han progresado desde la exploración inicial hasta la promoción y el desarrollo generalizado, logrando gradualmente la industrialización y la escala.

El titanio y sus aleaciones ofrecen un rendimiento superior, lo que los convierte en sustitutos ideales para muchos materiales, como el acero. Además, los recursos de titanio son abundantes, atrayendo la atención de numerosos investigadores. Si bien quedan desafíos, como la dificultad de la minería y la fundición de recursos y procesamiento de titanio, las industrias de la válvula y el titanio son vibrantes y se desarrollan rápidamente. Con la estabilidad futura de la minería y la producción de titanio, y la introducción y el refinamiento de nuevos procesos, la aplicación de aleaciones de titanio y moldes en la industria de las válvulas madurará y se volverá más generalizada, con amplias perspectivas de aplicaciones en otras industrias.

sobre nosotros

La compañía cuenta con las principales líneas de producción nacionales de procesamiento de titanio, que incluyen:

Línea de producción de tubo de titanio de precisión de precisión alemán (capacidad de producción anual: 30,000 toneladas);

Línea de rodadura de lámina de titanio de tecnología japonesa (delgada a 6 μm);

Línea de extrusión continua de barra de titanio totalmente automatizada;

Placa de titanio inteligente y fábrica de acabado de tiras;

El sistema MES permite el control digital y la gestión de todo el proceso de producción, logrando una precisión dimensional del producto de ± 0.01 μm.

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