Zrozumienie różnych gatunków tytanu

Dlaczego wybór gatunku tytanu ma znaczenie

Tytan jest określany według gatunku, ponieważ właściwości mechaniczne zmieniają się gwałtownie wraz z niewielkimi zmianami w elementach międzywęzłowych i dodatkach stopowych. Tlen, żelazo, węgiel, azot i wodór są kontrolowane w ścisłych maksymalnych granicach zgodnie z normami ASTM B265 (płyty, arkusze i taśmy) i ASTM B348 (pręty i kęsy), a każdy gatunek reaguje inaczej na obciążenia związane z formowaniem, spawaniem i eksploatacją. Kupujący, którzy traktują cały tytan jako jeden materiał, ryzykują przekroczenie-określenia kosztu lub-określenia wytrzymałości. W tym przewodniku porównano popularne gatunki ASTM pod względem składu, właściwości i realistycznego dopasowania do zastosowania.

Komercyjnie czyste klasy 1-4

Klasy 1-4 to niestopowy tytan, którego wytrzymałość wzrasta wraz z zawartością tlenu i żelaza. Klasa 1 (UNS R50250) ogranicza zawartość tlenu do 0,18% i zapewnia najwyższą ciągliwość, przy minimalnej wytrzymałości na rozciąganie 240 MPa i granicy plastyczności 170 MPa zgodnie z ASTM B265. Klasa 2 (UNS R50400), przemysłowy koń pociągowy, dopuszcza 0,25% tlenu i 0,30% żelaza, co daje minimalną wytrzymałość na rozciąganie 345 MPa i plastyczność 275 MPa. Klasa 3 (UNS R50550) osiąga wytrzymałość na rozciąganie 450 MPa przy zawartości tlenu 0,35%. Klasa 4 (UNS R50700) to najmocniejszy gatunek CP przy minimalnej wytrzymałości na rozciąganie 550 MPa i jest często stosowany tam, gdzie wymagana jest wyższa twardość bez dodatku stopów.

Wszystkie gatunki CP mają wspólną-samonaprawiającą się warstwę tlenku, która zapewnia odporność na wodę morską i korozję chemiczną, więc praktyczna różnica polega na odkształcalności i wytrzymałości. Stopień 1 jest preferowany do głębokiego tłoczenia, uszczelek i wykładzin chemicznych; Klasa 2 dominuje w wymiennikach ciepła, rurociągach i konstrukcyjnych elementach morskich; Stopień 4 występuje w elementach złącznych, instrumentach medycznych i-częściach podatnych na zużycie.

Stopy alfa-beta: klasa 5 i więcej

Klasa 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400) dodaje 5,5-6,75% aluminium i 3,5-4,5% wanadu, podnosząc minimalną wytrzymałość na rozciąganie do 895 MPa i plastyczność do 828 MPa przy gęstości 4,43 g/cm3. Aluminium stabilizuje fazę alfa pod względem wytrzymałości i odporności na pełzanie; wanad stabilizuje wersję beta pod kątem wytrzymałości i możliwości obróbki cieplnej. Jest to domyślny stop konstrukcyjny do części lotniczych, medycznych i do sportów motorowych. Może być dostarczany w postaci wyżarzonej, poddanej obróbce rozpuszczającej i starzonej lub w wariancie ELI (klasa 23, UNS R56407) z zawartością tlenu ograniczoną do 0,13% w celu zapewnienia odporności na pękanie w implantach zgodnie z ASTM F136.

Jak wybrać klasę

Odkształcalność lub głębokie tłoczenie: Stopień 1 lub Stopień 2; zarówno łatwo formować się na zimno, jak i spawać bez-obróbki cieplnej po spawaniu.

Działanie korozyjne w chlorkach i wodzie morskiej: Stopień 2 lub Stopień 7 (Ti-0,15Pd) i Stopień 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni), gdzie występuje korozja szczelinowa i kwasy redukujące.

Wysoki stosunek wytrzymałości-do-masy: klasa 5 lub klasa 9 (Ti-3Al-2,5 V, UNS R56320), ta ostatnia zapewnia lepszą odkształcalność na zimno przy minimalnej wytrzymałości na rozciąganie 620 MPa.

Implanty medyczne: klasa 23 (Ti-6Al-4V ELI) zgodnie z ASTM F136 lub klasa CP 1/2 zgodnie z ASTM F67 w przypadku urządzeń nienośnych.

Praca w podwyższonej temperaturze: klasa 5 do około 400 stopni w-pracy długoterminowej; powyżej określono stopy alfa, takie jak Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo.

Koszty kształtują się według tej samej drabiny: gatunki CP są najtańsze, klasa 5 zwiększa koszty tworzenia stopów i przetwarzania, a gatunki łożyskowe ELI lub palladowe-osiągają wyższą cenę uzasadnioną jedynie określonymi wymaganiami dotyczącymi korozji lub biokompatybilności.

Często zadawane pytania

Który gatunek tytanu jest najsilniejszy?

Spośród powszechnie dostępnych gatunków, najmocniejszym i powszechnie dostępnym gatunkiem jest gatunek 5 (Ti-6Al-4V) o minimalnej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 895 MPa. Przewyższają go stopy beta poddane obróbce cieplnej, ale są to produkty specjalistyczne o ograniczonej dostępności.

Czy tytan klasy 2 jest mocniejszy niż tytan klasy 1?

Tak. Klasa 2 ma wyższe limity tlenu i żelaza, podnosząc minimalną wytrzymałość na rozciąganie z 240 MPa (klasa 1) do 345 MPa, przy jednoczesnym zachowaniu dobrej odkształcalności i spawalności.

Co oznacza UNS w przypadku gatunków tytanu?

UNS (Unified Numbering System) to standardowy system identyfikacji metali stosowany w Ameryce Północnej. Na przykład klasa 2 to UNS R50400, a klasa 5 to UNS R56400; seria przedrostków R- obejmuje tytan i stopy tytanu.

Czy tytan klasy 5 można spawać tak jak gatunki CP?

Spoiny klasy 5 w osłonie argonu i odpowiedniego wypełniacza, takiego jak ERTi-5, ale połączenie po spawaniu ma niższą plastyczność niż spoiny tytanowe CP i zwykle wymaga odprężania. Spawanie klas CP 1-4 przy mniejszych środkach ostrożności.

Skąd mam wiedzieć, jakiej klasy wymaga mój projekt?

Zacznij od środowiska usługowego: punkty narażenia na chlorki lub kwasy do klas CP lub Pd/Mo; nośna-konstrukcja nośna lub lekka wskazuje na klasę 5 lub klasę 9; złożoność formowania wskazuje na stopień 1 lub stopień 2. Przed złożeniem zamówienia-sprawdź tabele minimalnych właściwości ASTM B265 lub ASTM B348.