Analýza rozdielov v jadre medzi zliatinami titánu triedy 2 a triedy 5

Titánová zliatina je považovaná za kľúčový materiál v špičkových{0}}oblastiach vrátane letectva, medicíny a chemického inžinierstva pre jej vynikajúci pomer pevnosti k hmotnosti, odolnosť proti korózii a biokompatibilitu. Medzi mnohými druhmi zliatiny titánu sú dve najpopulárnejšie triedy 2 (priemyselne čistý titán) a 5 (Ti-6Al-4V), ktoré majú zásadné rozdiely v dizajne zloženia, výkonových vlastnostiach a oblasti použitia. Tento článok bude systematicky analyzovať rozdiely od 8 základných rozmerov a poskytne presné referencie na výber materiálu pre zahraničných nákupcov a inžinierov.

Chemické zloženie je základným rozdielom medzi nimi a priamo určuje mikroštruktúru materiálu a základ výkonu. Stupeň 2 patrí komerčne čistému titánu (CP Titanium), s titánom ako absolútnou hlavnou chemickou zložkou a čistotou nad 99,2 %. Obsahuje iba stopové nečistoty s obsahom kyslíka menším alebo rovným 0,25 % a obsahom železa menším alebo rovným 0,30 %. Neobsahuje žiadne zámerne pridané legujúce prvky a pri izbovej teplote predstavuje štruktúru jedinej alfa fázy. Grade 5 je typická + dvojfázová titánová zliatina, oficiálne označená ako Ti-6Al-4V, s presným a kontrolovateľným dizajnom zloženia. Okrem približne 90 % titánovej matrice sa špecificky pridáva 5,5 % až 6,75 % hliníka a 3,5 % až 4,5 % vanádu. Hliník je - fázovým stabilizátorom a má schopnosť zvyšovať tepelnú odolnosť, zatiaľ čo vanád je - fázovým stabilizátorom, ktorý zvyšuje kaliteľnosť. Kombinovaný účinok týchto dvoch legujúcich prvkov vedie k vytvoreniu + dvojfázovej mikroštruktúry, ktorá je základom pre jeho vysokú pevnosť. Okrem toho má stupeň 5 prísnejšiu kontrolu nad nečistotami s obsahom kyslíka menším alebo rovným 0,20 %, aby sa predišlo ovplyvneniu rovnováhy pevnosti a húževnatosti zliatiny.

Rozdiel v mechanických vlastnostiach je priamym odrazom dizajnu komponentov a tiež hlavným základom pre výber. Mechanické vlastnosti stupňa 2 vykazujú charakteristiky "strednej pevnosti a vysokej plasticity". Pevnosť v ťahu v žíhanom stave je len 345-480MPa, medza klzu je 275-380MPa, ale predĺženie môže dosiahnuť 20% -28% a lomová húževnatosť presahuje 60MPa √ m. Má vynikajúcu tvarovateľnosť a odolnosť proti nárazu. Na rozdiel od toho, stupeň 5 dosiahol kvalitatívny skok v pevnosti, s pevnosťou v ťahu po žíhaní až 895-930MPa a medzou klzu 825-869MPa. Po ošetrení starnutím v tuhom roztoku sa pevnosť v ťahu môže ďalej zvýšiť na 1100-1200MPa, čo je 2-3-násobok v porovnaní so stupňom 2. Avšak so zvýšením pevnosti sprevádzaným poklesom plasticity je jeho predĺženie len 10% -15% a jeho lomová húževnatosť je o niečo nižšia (55-70MPa), vykazuje strednú pevnosť, plastické charakteristiky √m. Okrem toho modul pružnosti triedy 5 (114GPa) je vyšší ako modul pružnosti triedy 2 (103GPa), čo naznačuje lepšiu tuhosť materiálu, zatiaľ čo hustota je o niečo nižšia (4,43 g/cm³ oproti 4,51 g/cm³), čo naznačuje významnú výhodu v pomere pevnosti k hmotnosti.

Odolnosť proti korózii vykazuje cielené výhody v dôsledku rozdielov v zložení materiálu a organizácii. Stupeň 2, ako čistý titán, má takmer dokonalú odolnosť proti korózii a môže pracovať stabilne v kyslých médiách, ako je morská voda, roztoky chloridov, kyselina dusičná, kyselina octová a alkalické prostredie. Hustý oxidový film vytvorený na povrchu môže účinne blokovať prenikanie korozívnych médií, zvlášť vhodné pre silné korózne podmienky. Stupeň 5 má tiež vynikajúcu odolnosť proti korózii, ktorá ďaleko prevyšuje tradičné materiály, ako je nehrdzavejúca oceľ. Avšak v dôsledku vplyvu legujúcich prvkov je jeho odolnosť proti korózii mierne nižšia ako 2. stupeň v niektorých redukčných kyselinách (ako je kyselina chlorovodíková) a v prostredí s vysokou koncentráciou chloridov. Stupeň 5 má však lepší výkon pri vysokoteplotnej oxidácii a dokáže si udržať stabilnú odolnosť proti korózii a mechanické vlastnosti v prostrediach s vysokou teplotou 300 stupňov alebo menej, zatiaľ čo pevnosť stupňa 2 sa výrazne zníži po prekročení 300 stupňov s maximálnou prevádzkovou teplotou nepresahujúcou 400 stupňov .

Náročnosť a vyrobiteľnosť techník spracovania sa výrazne líšia, čo priamo ovplyvňuje efektivitu výroby a náklady. Náročnosť spracovania stupňa 2 je relatívne nízka. Vďaka vynikajúcej plasticite môže ľahko dosiahnuť tvárnenie za studena, ako je valcovanie, razenie a ohýbanie. Má vynikajúci zvárací výkon a pomocou konvenčných zváracích procesov dokáže dosiahnuť-kvalitné zvary. Deformácia po zváraní je malá a nevyžaduje komplexnú korekciu tepelného spracovania. Jeho rezný výkon je tiež lepší, s menším opotrebovaním nástroja a vyššou účinnosťou obrábania ako pri triede 5. Náročnosť spracovania pri triede 5 sa výrazne zvýšila. Vďaka svojej vysokej pevnosti a nízkej tepelnej vodivosti (iba približne jedna{10}}tretina stupňa 2, 6,7 W/m · K) je počas procesu rezania náchylné na prilepenie nástroja pri vysokej{13}}tete. Na riadenie reznej rýchlosti pod 30 m/min sú potrebné rezné nástroje z tvrdej zliatiny s vysokým obsahom kobaltu. Pri zváraní je potrebná prísna kontrola procesných parametrov pomocou špecializovaného zváracieho drôtu ERTi-5. Po zváraní je potrebné vykonať žíhanie pri 700-800 stupňoch, aby sa eliminovalo napätie a zabránilo sa vzniku krehkosti. Okrem toho môže byť stupeň 5 ďalej posilnený tepelným spracovaním (starnutie v roztoku), zatiaľ čo stupeň 2, ako čistý titán, môže eliminovať iba napätie pri spracovaní tepelným spracovaním a nemôže zlepšiť pevnosť.

Rozdiel v scenároch aplikácie spočíva v presnom zhode výkonnostných charakteristík, ktoré pokrývajú rôzne špičkové-polia. Stupeň 5 so svojimi hlavnými výhodami „vysokej pevnosti, nízkej hmotnosti a odolnosti voči vysokým teplotám“ predstavuje viac ako 50 % globálneho použitia zliatiny titánu a je preferovaným materiálom v leteckom priemysle. Široko sa používa v kľúčových konštrukčných komponentoch, ako sú podvozok lietadiel, lopatky ventilátora motora a upevňovacie prvky trupu, čím sa dosahuje zníženie hmotnosti o 40 % v porovnaní s oceľou. Upevňovacie prvky trupu lietadla Boeing 787 používajú verziu Ti-6Al-4V ELI (ultra-low clearance level). V oblasti medicíny je 5. stupeň vhodný pre nosné{21}implantáty, ako sú umelé kĺby a zubné implantáty. Môže zlepšiť odolnosť proti opotrebovaniu pomocou mikrooblúkovej oxidácie a musí spĺňať normu ASTM F136 (obsah kyslíka menší alebo rovný 0,13 %). Okrem toho sa široko používa v energetických oblastiach, ako sú telesá ventilov na hĺbkové vŕtanie{22}}a vložky zásobníkov vodíkovej energie. Stupeň 2 sa zameriava na scenár dopytu „vysoká odolnosť proti korózii a ľahké tvarovanie“, ktorý sa používa v chemickom priemysle na výrobu zariadení odolných voči korózii, ako sú reakčné nádoby, potrubia a výmenníky tepla; Používa sa v lekárskej oblasti pre nenosné komponenty, ako sú umelé kosti a lekárske nádoby; Námorný priemysel sa používa na zariadenia na odsoľovanie morskej vody, lodné potrubia a iné aplikácie, ako aj na tenkostenné konštrukčné komponenty, ktoré si vyžadujú zložité lisovanie.

Významný rozdiel medzi nákladmi a situáciou ponuky na trhu ovplyvňuje rozhodnutia o obstarávaní a rozpočty projektov. Výrobné náklady na stupeň 2 sú nižšie, ceny surovín sa pohybujú od 15 do 25 USD za kilogram. Vďaka jednoduchej technológii spracovania sú následné výrobné náklady relatívne nízke a ponuka na trhu je dostatočná. Bežné špecifikácie (dosky, rúry, tyče) je možné dodať rýchlo. Náklady na 5. stupeň sú výrazne vyššie, ceny surovín sa pohybujú od 30 do 60 dolárov za kilogram. Náročnosť spracovania a potreba špecializovaného vybavenia a procesov navyše vedú k komplexným výrobným nákladom, ktoré sú 2-3-krát vyššie ako v prípade 2. stupňa. Vďaka svojej nenahraditeľnej vysokej{14}}silnej výhode si však stále udržiava stabilný dopyt na trhu v oblasti špičkových{15}}odborov, najmä v leteckom a kozmickom priemysle a v špičkovej lekárskej oblasti, kde dodávka musí spĺňať normy AMS, prísne priemyselné normy ISO14 5832-3 lekársky štandard).

Rozdiely v rovnocennosti medzi štandardnými systémami a názvami značiek si vyžadujú osobitnú pozornosť, aby sa zabezpečil súlad pri cezhraničnom obstarávaní-. Medzi medzinárodné normy zodpovedajúce stupňu 2 patria ASTM B265 (plech/pás), ASTM B338 (potrubie), čínska národná ekvivalentná kvalita TA2 a norma ISO ISO 5832-2. Medzinárodné normy pre stupeň 5 sú rozmanitejšie a zahŕňajú ASTM B348 (tyče/predvalky), AMS 4911 (výkovky pre letectvo), ASTM F136 (lekárske implantáty), s ekvivalentom čínskeho národného štandardu stupňa TC4 a štandardom ISO ISO 5832-3. Pri nákupe v zámorí je potrebné poznamenať, že trieda 5 má rozdiel medzi konvenčnou triedou a triedou ELI (ultra-low gap). Kvalita ELI má nižší obsah nečistôt (kyslík menší alebo rovný 0,13 %) a lepšiu biokompatibilitu. Je navrhnutý špeciálne pre lekárske a nízkoteplotné scenáre a nemal by sa zamieňať s konvenčným 5.

Princípy výberu a zhrnutie: Jadro výberu 2. a 5. stupňa spočíva vo vyvážení „výkonových požiadaviek, náročnosti spracovania a nákladového rozpočtu“. V prípade, že aplikácia súvisí s odolnosťou proti korózii a tvarovateľnosťou plechu, bez vysokého zaťaženia (ako chemické potrubia alebo medicínske nádoby), stupeň 2 je najdostupnejšou možnosťou; Ak potrebujete dosiahnuť dobrú rovnováhu medzi veľmi vysokou pevnosťou, nízkou hmotnosťou a prijateľnou odolnosťou voči vysokej teplote (napríklad konštrukčné časti letectva, nosné{4}}lekárske implantáty, vybavenie na otvorenom mori-), musíte prejsť na 5. stupeň, pričom znášate vyššie náklady a väčšie obmedzenia spracovania. Pred nákupom by sa mali objasniť ukazovatele výkonu a navrhnúť presný výber na základe zaťaženia, média, teploty, technológie spracovania a priemyselných noriem s ohľadom na skutočné prevádzkové podmienky (vrátane).

Email:bjcxtitanium@gmail.com       

               cxtitanium@outlook.com

Whatsapp:+8613571718779