Tytan klasy 1 a tytan klasy 2: skład, wytrzymałość i odkształcalność

Dwa komercyjnie czyste gatunki, jedna rodzina chemiczna

Tytan klasy 1 i 2 należy do rodziny czystych na rynku (CP) zdefiniowanych w normie ASTM B265 dla arkuszy, taśm i płyt oraz w normie ASTM B348 dla prętów i kęsów. Żaden gatunek nie jest celowo dodany, a najważniejszą różnicą między nimi jest ilość tlenu, jaką młyn pozostawia w metalu. Ten jeden element pośredni reguluje granicę plastyczności,-stopień utwardzania przez zgniot, minimalny promień zgięcia, jaki może osiągnąć producent, oraz wielkość sprężyny powrotnej, którą należy skompensować w prasie krawędziowej lub matrycy formującej.

Ponieważ oba gatunki mają tę samą sześciokątną, gęsto-upakowaną sieć krystaliczną, tę samą gęstość 4,51 g/cm3 i tę samą-samonaprawiającą się warstwę tlenku, często są one traktowane jako wymienne na rysunkach. W praktyce nazwanie niewłaściwej klasy albo marnuje budżet na wytrzymałość, której komponent nigdy nie wykorzystuje, albo powoduje pęknięcia w głęboko tłoczonych-kuponach, rurach o cienkich-ściennych ścianach i mocno wygiętych wspornikach.

Porównanie limitów składu chemicznego

Tabela 1 zawiera listę maksymalnych dopuszczalnych poziomów pierwiastków dla dwóch gatunków zgodnie z ASTM B265 i ASTM B348. Stopień 2 pozwala na więcej żelaza i więcej tlenu, co dokładnie zwiększa jego wytrzymałość i zmniejsza jego wydłużenie.

Tlen jest-roztworem stałym wzmacniającym alfa tytan: zniekształca sieć krystaliczną i utrudnia ruch dyslokacyjny. Zatem wzrost maksymalnego poziomu tlenu o 0,07 punktu pomiędzy Stopniem 1 a Stopniem 2 powoduje nieproporcjonalną zmianę w zachowaniu mechanicznym, a nie marginalną.

Właściwości mechaniczne obok siebie

W porównaniu z gwarantowanymi wartościami minimalnymi, klasa 2 oferuje o około 44% większą wytrzymałość na rozciąganie i prawie dwukrotnie większą granicę plastyczności niż klasa 1, a do osiągnięcia tego brakuje jedynie czterech punktów procentowych wydłużenia. Ponieważ te dwa gatunki mają identyczną gęstość, dodatkowa wytrzymałość nigdy nie wiąże się z dodatkowym ciężarem, co ma znaczenie przy pracy z wirnikiem, płatowcem i podwoziem, gdzie budżet masy jest ustalony z góry.

Odkształcalność, spawanie i zachowanie podczas obróbki

Stopień 1 to najmiększy tytan dostępny w handlu i stanowi naturalny wybór, gdy część musi być kształtowana, a nie obciążana: głęboko-tłoczone miseczki, hydroformowane sekcje, cienkościenne-rurki wymienników ciepła, miechy rozprężne i skomplikowane, pojedyncze panele. Jego duże wydłużenie pozwala na przyjęcie małych promieni zgięcia i wymaga mniejszego-wyżarzania międzystopniowego niż w przypadku klasy 2.

Stopień 1: minimalny promień zgięcia, zwykle około 1,5 do 2-krotności grubości blachy w stanie wyżarzonym.

Klasa 2: minimalny promień zgięcia zwykle wynosi około 2 do 2,5 grubości blachy, a praca-twardnieje szybciej, więc operacje formowania progresywnego wymagają większych promieni lub dodatkowych wyżarzania.

Obydwa gatunki zapewniają czyste spawanie metodą wolframu w gazie obojętnym lub plazmą w pełnej osłonie argonu, przy użyciu wypełniacza ERTi-1 lub ERTi-2 według AWS A5.16; Klasa 2 jest bardziej wyrozumiała z tych dwóch, ponieważ jest mniej wrażliwa na niewielkie zmiany dopływu ciepła.

Obróbka skrawaniem jest porównywalna w przypadku obu gatunków i oba są klasyfikowane jako trudne: niska przewodność cieplna powoduje skupienie ciepła na krawędzi skrawającej, a niski moduł sprężystości sprzyja odkształceniom i drganiom. Ostre narzędzia z-węglika o dodatnim nachyleniu, sztywne mocowanie i obfite chłodzenie zalewowe lub pod wysokim-ciśnieniem to standardowa praktyka.

Usługi lotnicze i podwyższona temperatura

Jeśli chodzi o osprzęt lotniczy, klasa 2 jest określana znacznie częściej niż klasa 1. Typowe komponenty obejmują wsporniki i mocowania płatowca, wsporniki przewodów hydraulicznych, akcesoria silnika,-części podwozia do lądowania, elementy złączne i osprzęt łączący. Powody to wyższa gwarantowana wytrzymałość, przewidywalne zachowanie zmęczeniowe pod obciążeniem cyklicznym i stabilna mikrostruktura, która utrzymuje sztywność do około 300 stopni C w ciągłej pracy, co obejmuje większość środowisk płatowca i-komory silnika.

Klasa 1 pojawia się w przemyśle lotniczym w innej roli: kanały, osłony termiczne, złącza kompensacyjne oraz elementy podkładkowe lub uszczelniające, gdzie czynnikiem wpływającym na projekt jest zgodność, a nie nośność. Certyfikacja obu gatunków jest zwykle powiązana z normą ASTM B265 lub ASTM B348 z pełną identyfikowalnością-liczb cieplnych, natomiast w przypadku sprzętu wszczepialnego lub{5}}medycznego sprzętu towarzyszącego norma ASTM F67 reguluje wymagania dotyczące komercyjnie czystego składu.

Sporty motorowe i produkcja ogólna

Sporty motorowe kierują się tą samą logiką i krótszym cyklem projektowania. Klasa 1 jest stosowana do układów wydechowych, osłon termicznych, paneli ochronnych i-ręcznie wytwarzanych karoserii, gdzie o wyniku decydują plastyczność i spawalność. Klasa 2 jest stosowana do wahaczy, słupków, wsporników podwozia, elementów wewnętrznych silnika i elementów złącznych-poddawanych dużym naprężeniom, gdzie granica plastyczności ma większe znaczenie niż zdolność do zginania.

Przewaga wagowa jest argumentem komercyjnym: słupek lub łącznik zawieszenia klasy 2 przenosi około 45% masy porównywalnego elementu stalowego przy równoważnej sztywności, podczas gdy stalowe elementy złączne klasy 8.8 lub 10.9 są powszechnie zastępowane tytanowymi elementami złącznymi klasy 2, aby zaoszczędzić masę w nieresorowanych miejscach.

Odporność na korozję i działanie środowiskowe

Obydwa gatunki opierają się na pasywnej warstwie dwutlenku tytanu o grubości kilku nanometrów,-która natychmiast odkształca się po zarysowaniu w obecności tlenu lub wilgoci. W praktyce oba gatunki zachowują się niemal identycznie w środowiskach usługowych:

Ciągłe zanurzanie w wodzie morskiej i wielokrotne-narażenie na działanie mgły solnej, bez wżerów i szczelin w normalnych warunkach.

Strumienie technologiczne zawierające chlor, podchloryn i chlor-w zakładach chemicznych i systemach odsalania.

Kwasy utleniające i media lekko redukujące, w których warstwa pasywna jest utrzymywana przez obecne formy utleniające.

Od dziesięcioleci w atmosferze przemysłowej i morskiej, bez konieczności stosowania powłok ochronnych.

Podczas projektowania należy zwrócić uwagę na trzy ograniczenia. Tytan nie nadaje się do kwasu fluorowodorowego, stężonych gorących kwasów redukujących lub suchego chloru bez obecności wody. Sprzęganie galwaniczne ze stalą węglową lub stalą nierdzewną w wilgotnym środowisku powinno być zarządzane przy zastosowaniu izolacji lub unikania dużych stosunków powierzchni katody-do-anody. Pochłanianie wodoru w podwyższonej temperaturze w obecności wilgoci może powodować kruchość cienkich przekrojów, dlatego w obu gatunkach ściśle kontrolowany jest maksymalny poziom wodoru wynoszący 0,015%.

Jak wybrać pomiędzy klasą 1 a klasą 2

Wybierz klasę 1, jeśli intensywność formowania, spawalność lub tolerancja na uderzenia decydują o projekcie lub gdy część stanowi pokrywę, osłonę, kanał lub uszczelkę o niewielkim obciążeniu konstrukcyjnym.

Wybierz klasę 2, jeśli część przenosi obciążenie strukturalne, gdy należy wykazać trwałość zmęczeniową lub gdy można uzyskać mniejszą grubość ścianki przy wyższej granicy plastyczności.

Po zatwierdzeniu testów kwalifikacyjnych i procedur spawania pozostań przy klasie wskazanej na wydanym rysunku; przełączanie między tymi dwoma gatunkami zmienia kwalifikację procedury spawania i czasami wymaga{{0} ponownej certyfikacji gotowej części.

Nigdy nie używaj tych dwóch gatunków zamiennie w komponentach medycznych lub sprzęcie ciśnieniowym, gdzie wymagania projektowe są powiązane z konkretną specyfikacją i gatunkiem.

Często zadawane pytania

P: Jaka jest główna różnica między tytanem klasy 1 i klasy 2?
Zawartość tlenu. Stopień 1 jest ograniczony do 0,18% tlenu, a stopień 2 do 0,25%, co sprawia, że ​​stopień 2 jest o około 44% silniejszy pod względem rozciągania i mniej więcej dwukrotnie silniejszy przy granicy plastyczności, podczas gdy stopień 1 utrzymuje wyższe wydłużenie i łatwiej się formuje.

P: Czy tytan klasy 1 i 2 ma tę samą wagę?
Tak. Obydwa mają gęstość 4,51 g/cm3 i ten sam moduł sprężystości około 102 GPa, więc przełączanie gatunków zmienia wytrzymałość i plastyczność, ale nie masę identycznej części.

P: Czy klasy 1 i 2 można zespawać ze sobą?
Tak. Obydwa są wykonane z alfa-tytanu i mają porównywalne właściwości spawalnicze, a do ich łączenia zwykle używany jest drut wypełniający klasy 2 zgodny z AWS A5.16, pod warunkiem, że procedura jest kwalifikowana dla cieńszego lub bardziej utwierdzonego z obu materiałów.

P: Który gatunek jest bardziej odporny na korozję?
W wodzie morskiej, chlorkach i większości atmosfer przemysłowych różnica jest nieistotna, ponieważ oba zależą od tej samej pasywnej warstwy tlenkowej. Tam, gdzie naddatek na korozję wpływa na grubość ścianki, często wybiera się klasę 1, aby uzyskać niewielką ilość dodatkowej ciągliwości i niższy koszt.

P: Który gatunek jest lepszy do głębokiego tłoczenia?
Klasa 1. Jego większe wydłużenie wynoszące minimum 24% i niższa granica plastyczności pozwalają na głębsze rozciąganie i mniejsze promienie zgięcia przed pęknięciem i zwykle wymaga mniej wyżarzania pośredniego niż klasa 2.

P: Jakie standardy obejmują produkty walcownicze klasy 1 i klasy 2?
ASTM B265 i ASME SB-265 dla arkuszy, taśm i płyt, ASTM B348 dla prętów i kęsów, ASTM B337 dla rur bez szwu, ASTM B338 dla rur spawanych, ASTM B863 dla drutu i ASTM F67 dla gatunku medycznego tytanu dostępnego w handlu.

P: Którego gatunku należy używać w temperaturze 300 stopni C?
Klasa 2 jest zwykle wybierana w przypadku ciągłej pracy w tej temperaturze, ponieważ zachowuje użyteczną wytrzymałość z większym marginesem niż klasa 1, chociaż zachowanie podczas pełzania i projekt złącza należy mimo to sprawdzić pod kątem długotrwałej-pracy.