Mis vahe on puhta titaani ja titaanisulami GR5 vahel?

Tavaliselt kasutatavad titaaniklassid

GR1 (Grade2) tööstuslik puhas titaan

GR2 (Grade3) tööstuslik puhas titaan

GR7 (11. klass) Ti-0.2Pd

GR10 (12. klass) Ti-0.3Mo-0.8Ni

GR5 (AB-1) Ti-6Al-4V

Tööstuslik puhas titaan jaguneb lisandite sisalduse järgi kolme klassi: GR1, GR2 ja GR3. Nende kolme tüüpi tööstusliku puhta titaani interstitsiaalsed lisandid suurenevad järk-järgult, seega suureneb järk-järgult ka nende mehaaniline tugevus ja kõvadus, kuid plastilisus ja sitkus vähenevad vastavalt.

Tööstuses tavaliselt kasutatav tööstuslikult puhas titaan on GR2 selle mõõduka korrosioonikindluse ja kõikehõlmavate mehaaniliste omaduste tõttu. GR3 saab kasutada, kui on vaja kõrgemaid kulumiskindluse ja tugevuse nõudeid. GR1 saab kasutada, kui on vaja paremat vormimisjõudlust.

GR1, GR2 ja GR3 riiklikus standardis vastavad Gr0, Gr1 ja Gr2 UNS-is.

Kui rauasisaldus ω on 0.095%, hapnikusisaldus ω on 0, on GR1 ja GR2 hea vastupidavus madalal temperatuuril ja kõrge tugevus madalal temperatuuril.{10} }8%, vesinikusisaldus ω on 0,0009% ja lämmastikusisaldus ω 0,0062% ning seda saab kasutada madala temperatuuriga konstruktsioonimaterjalidena alla -253 kraadi.

GR1 ja GR2 erinevus seisneb selles, et viimasel on suurem raua- ja hapnikusisaldus, seega on GR2 tugevus suurem kui GR1.

GR5 esindab enamikku madala temperatuuriga titaanisulameid. Selle tugevus suureneb temperatuuri langedes, kuid selle plastilisus ei muutu palju. See säilitab hea plastilisuse ja sitkuse madalatel temperatuuridel -196-253 kraadi, vältides metalli külmahaprust, mistõttu on see ideaalne materjal krüogeensete konteinerite, hoiukastide ja muude seadmete jaoks.

Titaanisulamite kaubamärke ja sorte on palju, rohkem kui 100 tüüpi. Tööstuses on saadaval 40-50 tüüpi ja kõige sagedamini kasutatakse ainult kümmekonda. Nende hulka kuuluvad mitmesugused tööstuslikud puhas titaan ja valitud erineva maitsega titaanisulamid, nagu Ti-6AL-4V, Ti-5AL-2.5Sn, Ti{{7} }AL-1.5Mn, Ti-3AL-2.5V, Ti-6AL- 2Sn-4Zr-2Mo , Ti-6AL-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-8AL-1Mo-1V, Ti{{ 24}}V-11Cr-3AL, Ti-15V—3Cr-3AL-Sn ja Ti-10V-2Fe{{ 33}}AL ja Ti-0.20Pd, Ti-0.3Mo-0.8Ni jne. Enamiku riikide puhul on aga kaks esimest olulist sulamit (Ti-6 Al-4V; Ti-5Al-2.5Sn) on kõige tüüpilisemad ja tunnustatumad riikides üle maailma.

Titaanisulameid nimetatakse üldiselt nende struktuuride järgi, nimelt titaanisulamid (sealhulgas titaanilähedased sulamid), titaanisulamid ja (+) titaanisulamid. Hiina riiklikes standardites kasutatakse TA, TB ja TC eesliidetena, mis tähistavad titaanisulami tüüpi, millele järgneb number, mis tähistab sulami seerianumbrit. Näiteks TA tähistab alfa-titaani sulamit, GR6 titaanisulam on Ti5Al-2.5Sn sulam; TB tähistab beeta-titaani. Sulam, TB2 on Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al sulam; TC tähistab + sulamit, näiteks GR5 titaanisulam on Ti-6Al-4V sulam.

Alfa-titaanisulamid sisaldavad peamiselt alfa-stabiilseid elemente. Stabiilses olekus toatemperatuuril on need põhiliselt alfafaasilised titaanisulamid, nagu tööstuslik puhas titaan (GR1, GR2, GR3, GR4) ja GR6 (Ti-5Al-5Sn). Alfa-titaani sulameid kasutatakse peamiselt keemia-, naftakeemia- ja töötlemistööstuses. Nendes tööstusharudes on esmatähtis sulami korrosioonikindlus ja töödeldavus. Eelistatakse tööstuslikku puhast titaani (TA0-GR3 neli tüüpi), GR7 titaanisulamist pallaadiumi sisaldavat sulamit (titaani-pallaadiumi sulamit GR7) ja sulameid, mis sisaldavad väikeses koguses molübdeeni ja niklit (titaani-molübdeeni-nikli sulam GR10).

Titaanisulami lähedal lisatakse seda tüüpi titaanisulamitele väike kogus stabiliseerivaid elemente. Stabiilses olekus toatemperatuuril sisaldab lõõmutatud struktuur väikeses koguses faasi- või intermetallilisi ühendeid, tavaliselt mitte rohkem kui 10%, näiteks GR11 (Ti-8Al-1Mo-1 V ), mis on Ameerika Ühendriikides kõrgetel temperatuuridel kasutamiseks välja töötatud titaanisulam, kuid kõrge alumiiniumisisaldus võib põhjustada termilise soola stressi korrosiooniprobleeme; GR15 (Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr) on Venemaal välja töötatud sulam BT20. GR11 titaanisulam on GR15 titaanisulamiga sarnane sulam. Viimane vähendab alumiiniumisisaldust ja suurendab tsirkooniumi, säilitades nii kuumakindluse ja parandades kuuma soola mõju stressikorrosiooni. + liitsulam GR13 (Ti-2.5CU) on Ühendkuningriigis välja töötatud IMI230 sulam.

+ titaanisulam sisaldab rohkem stabiliseerivaid elemente ja on titaanisulam, mis koosneb toatemperatuuril stabiilses olekus ja faasidest. sisu on üldiselt 10%-50%. + titaanisulam on keskmise tugevusega ja seda saab kuumtöötlemisega tugevdada, kuid selle keevitusvõime on halb. Sõltuvalt molübdeeni ekvivalendist võib seda tüüpi sulameid jagada martensiitseteks ja üleminekutüüpideks. Nende hulgas on tüüpiline sulam Ti-6Al-4V, mille töötas välja Ameerika Ühendriikide Water City Arsenal 1954. aastal. Seda kasutatakse laialdaselt kosmosetööstuses. See legeeritud toode moodustab 55%-65% titaanisulamite toodangust ja seda saab kasutada mitmesuguste suurte kosmosetoodete tootmiseks. Sepised ja osad, Ti-6Al-4V sulamil on suurepärased kõikehõlmavad omadused, seda on kõige intensiivsemalt uuritud, seda on kasutatud kõige kauem ja sellel on kõige laiem kasutusala. Seetõttu on sulam säilitanud tugeva elujõu alates selle sünnist pool sajandit tagasi. Hiina kaubamärk on GR5, American Titanium Metal Company osakond Timet on Ti-6Al-4V, American Active Metal Company on RMI6Al4V, British Titanium Company on IMI318, Venemaa on BT6, Sumitomo Jaapanis on ST-Al40 ja Prantsusmaal on TA6V. Saksamaa on LT31.

Elementide lisamine titaanisulamitele on väljendatud molübdeeni ekvivalendi [Mo1]ep ja alumiiniumi ekvivalendi [Al]ep: ja peaaegu titaanisulami [Mo1]ep on 12-13, [Al]ep on 5-8; + titaanisulam [Mo1] ep on 5-12, [Al] ep on 6-30; titaanisulam (metastabiilne sulam) [Mo1] ep on 12-25, [Al] ep on 5-8. Disaineritele sobib rohkem klassifitseerida intensiivsuse järgi, mille saab jagada madala intensiivsusega, normaalse intensiivsusega, keskmise intensiivsusega, kõrge intensiivsusega ja maksimaalse intensiivsusega.

⑴ Tööstuslik puhas titaan

Tööstuslik puhas titaan on tihe metalliline titaan, mille titaanisisaldus on vähemalt 99% ja mis sisaldab vähesel määral rauda, ​​hapnikku, süsinikku, lämmastikku, vesinikku ja muid lisandeid. Lisandid, millel on kõige ilmsem mõju puhta titaani mehaanilistele omadustele, on hapnik, lämmastik ja raud, eriti hapnik. Vesiniku ja titaani vaheline reaktsioon on pöörduv. Vesiniku peamine mõju titaani jõudlusele on "vesiniku rabestumine". Tavaliselt on sätestatud, et vesiniku sisaldus ei tohi ületada 0,03%-0,05% vesinikku. Kuigi tööstuslikul puhtal titaanil on toatemperatuuril tihedalt pakitud kuusnurkne võre ( ), on selle teljesuhe väike (c/a=1.587) ja hea töödeldavusega. Puhtal titaanil on hea vormitavus ja keevitusomadused ning see ei ole kuumtöötlemise suhtes tundlik.

Tööstuslik puhas titaan on lisatud ISO{0}} rahvusvahelisse standardisse kirurgiliste implantaatide metallmaterjalina. Pikaajalistele implantaatidele vastavatel materjalidel peavad olema järgmised põhinõuded: korrosioonikindlus, biosobivus, suurepärane tõmbetugevus, väsimuskindlus ja hea sitkus, elastsed abrasiivsed tööriistad, kulumiskindlus ja rahuldav hind.

⑵ Korrosioonikindel titaanisulam

Korrosioonikindlad titaanisulamid sobivad kasutamiseks väga söövitavas keskkonnas, peamiselt madala tugevusega sulamites. Mittelennundusväljadel kasutatakse peamiselt hea korrosioonikindluse eelist. Korrosioonikindlad titaanisulamid parandavad tööstusliku puhta titaani korrosioonikindlust redutseerivates keskkondades (nagu vesinikkloriidhape, väävelhape, fosforhape, oksaalhape ja sipelghape). Praegu on küps titaanmolübdeen, titaanpallaadium, titaanmolübdeennikkel, titaannikkel, titaan-tantaal jne sulam.

Titaan-molübdeeni sulam oli kõige varem uuritud (1952. aastal). Sellel on suurepärane korrosioonikindlus vesinikkloriidhappe redutseerimisel. Ti-30Mo sulam on vastupidav keevale 5% süsihappele, keevale 5% väävelhappele, keevale 10% fosforhappele, keevale 10% äädikhappele ja keevale 50% sipelghappele, üldine maksimum korrosioonikiirus on 0.0254-0.0508mm/a. Puhta titaani korrosioonikiirus 10% väävelhappe lahuses 93,3 kraadi juures ulatub 38.1-50.8mm/a; Ti-30Mo sulam oksüdeerivas keskkonnas on korrosioonikindlus halb. Suure tihedusega molübdeeni-hafniumi sulami lisamise tõttu põhjustab sulatamine, töötlemine ja keevitamine teatud õhukatastroofe. Titaan-molübdeenisulamitest saadakse korrosioonikindlad titaanisulamid, nagu titaan-molübdeen-nioobium, titaan-molübdeen-tsirkoonium ja titaan-molübdeen-pallaadium.

GR7 titaan-pallaadiumisulamil on suurepärane korrosioonikindlus oksüdeerivates keskkonnas. Sellel on ka teatav korrosioonikindlus redutseeriva keskkonna suhtes ja see võib eriti parandada selle vastupidavust pragude korrosioonile kõrge kloriidioonide kontsentratsiooniga keskkonnas. GR7 titaanisulam sisaldab 0,2% pallaadiumi. 5% keevas väävelhappes võib titaani-pallaadiumi sulam GR7 vähendada korrosioonikiirust 48,26 mm/a (tööstuslik puhas titaan) kuni 0,508 mm/a ja suurendada korrosioonikindlust umbes 95 korda. Sulamil on head töötlemis-, vormimis- ja keevitusomadused, kuid see sisaldab väärismetallist pallaadiumi ja on kulukas.

Beeta-titaani sulam. Seda tüüpi titaanisulam sisaldab piisavalt beeta-stabiilseid elemente. Sobiva jahutuskiiruse korral on ruumitemperatuuri struktuur täielikult beetafaas. Tavaliselt võib selle jagada kuumtöödeldud beeta-titaani sulamiks (metastabiilne beeta-titaani sulam) ja stabiilseks beeta-titaani sulamiks. sulam. Kuumtöödeldaval beeta-titaanisulamil on karastamise tingimustes väga hea plastilisus, seda saab külmvormida plaatideks ja vananemistöötlemise abil saab toatemperatuuril tõmbetugevust kuni 1300-1400MPa.

Titaani-molübdeeni-nikli sulami GR10 nimikoostis on Ti-0.3Mo-0.8Ni. See on Ti-12-sulam, mida uurisid ja arendasid Ameerika Ühendriigid aastate keskel. See on titaanisulam, mis on vastupidav pragukorrosioonile. Sulami tõmbetugevus 300 kraadi juures on kaks korda kõrgem kui puhas titaan ja selle korrosioonikindlus redutseeriva keskkonna suhtes on oluliselt paranenud. Kloriidis ei esine lõhekorrosiooni 150-200 kraadi juures.

Titaan-nikli sulami (Ti-2Ni) kasutustemperatuur kõrgtemperatuurilistes magestamisseadmetes võib ulatuda umbes 200 kraadini.

Titaan-tantaali sulam (Ti-5Ta) on lämmastikhappe korrosioonikindel titaanisulam, mida toodab Venemaa sulamibrändi 4204 ja Jaapani Kobe Steel kaubamärgi KS50Ta all. Sulamil on hea protsessi- ja keevitusjõudlus ning korrosioonikiirus voolavas lämmastikhappes 100-200 kraadi juures on alla 0,1 mm/a. Seda on kasutatud lämmastikhappe regenereerimise seadmetes ja tuumakütuse ümbertöötlemisprotsessides.

⑶ Struktuurne titaanisulam

Tugevuse järgi klassifitseeritud madala tugevusega titaanisulameid kasutatakse peamiselt korrosioonikindlates keskkondades, samas kui teisi titaanisulameid kasutatakse konstruktsiooniosades, mida nimetatakse struktuurseteks titaanisulamiteks. Tavalised tugevad titaanisulamid (umbes 500 MPa), sealhulgas peamiselt tööstuslik puhas titaan, Ti-2Al-1.5Mn (TC1) ja Ti-3Al-2.5V (GR18) ), on laialdaselt kasutatud. Tänu headele töötlemis- ja vormimisomadustele ning keevitatavusele kasutatakse sulamit erinevate lennukite plaadidetailide ja hüdrotorude valmistamiseks, samuti jalgratta tsiviiltoodete valmistamiseks. Keskmise tugevusega titaanisulami (umbes 900 MPa) tüüpiline sulam on Ti-6Al-4V (GR5), mida kasutatakse laialdaselt kosmosetööstuses titaanisulamite tööstuses. Plaadi kõrgtugeva titaanisulami tõmbetugevus toatemperatuuril on üle 1100 MPa. See koosneb peaaegu titaani sulamist ja metastabiilsest titaani sulamist. Seda kasutatakse peamiselt õhusõidukite konstruktsioonides tavaliselt kasutatava kõrgtugeva konstruktsiooniterase asendamiseks. Selle tüüpilised sulamid on Ti-13V- 11Cr-3Al, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn ja Ti-10V-2Fe-3Al sulamid jne.

4. Kuumuskindel titaanisulam

Kuumuskindel titaanisulam on titaanisulam, mis sobib pikaajaliseks kasutamiseks kõrgematel temperatuuridel. Sellel on kõrge hetkeline ja vastupidav tugevus kogu töötemperatuuri vahemikus. Sellel on hea termiline stabiilsus, roomamiskindlus ja plastilisus toatemperatuuril ning hea väsimuskindlus kõrgel temperatuuril. Seda kasutatakse peamiselt ketaste, labade, õhu sisselaskekasside ja õhusõiduki komponentide valmistamiseks kompressorites. Kuumuskindlad titaanisulamid on olnud tahke lahusega tugevdatud + tüüpi ja peaaegu tüüpi titaanisulamid. + tüüpi kuumakindlad titaanisulamid, mis võivad töötada pikka aega temperatuuril alla 500 kraadi, sisaldavad rohkem -stabiliseerivaid elemente ja alumiiniumi ekvivalent on üle 6. Lisades sobivaid beeta-stabiliseerivaid elemente, ei avalda sulam mitte ainult suurt hetketugevust kõrgetel temperatuuridel, kuid sellel on ka piisav plastilisus. Tüüpilised sulamid on GR5 (Ti-6Al-4V), TC6 (Ti-6Al-2.5Mo-2Cr-0.5 Fe -0.3Si) ja TC11 (Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si). -tüüpi kuumakindlad titaanisulamid, mis töötavad pikka aega alla 500 kraadi, sisaldavad vähesel määral -stabiliseerivaid elemente. Alumiiniumi ekvivalent on peaaegu kõik üle 7 ja sulamil on tasakaaluolekus rohkem faase, seega on neil sulamitel suurem roomamiskindlus ja parem väsimuskindlus ja purunemiskindlus üle 500 kraadi. Kuna peaaegu tüüpi sulamil on need suurepärased kõikehõlmavad omadused, on sellest saanud kuumuskindlate sulamite peamine süsteem. Tüüpilised sulamid on Ti-8Al-1Mo-1V (US Ti-811), Ti6Al-2Zr-1Mo-1 V (vene BT20), Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (USA Ti-6242) ja Ti-5.5Al { {54}}.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si (UK IMI-829).

5. Madala temperatuuriga titaanisulam

Madala temperatuuriga titaanisulamid on ja + titaanisulamid, mis sobivad kasutamiseks madalatel temperatuuridel. Seda tüüpi sulam suureneb temperatuuri langedes ja selle sitkus väheneb temperatuuri langedes harva, nii et seda saab kasutada madala temperatuuriga konstruktsiooniosadena. Madala temperatuuriga titaanisulamite arengusuund on hapnikusisalduse vähendamine 0,2%-lt (tavaline mark) 0,12%-le, et moodustada äärmiselt madala vaheklassi titaanisulam (ELI). Saab kasutada ülimadalatel temperatuuridel (<77K). Typical alloys are Ti-5Al-2.5Sn (ELI). Ti-5Al-2.5Sn (ELI is the US military standard MIL-9047) developed in the United States in the early 1960s. China successfully copied the alloy in the late 1970s and called it GR6 titanium alloy, Ti-5Al-2.5Sn (ELI) alloy. Especially suitable for liquid fuel storage containers operating at low temperatures of -255°C. There are many brands and varieties of titanium alloys, more than 100 types. There are 40-50 types available in industry, and only a dozen are most commonly used. These include various industrial pure titanium and selected titanium alloys of different tastes, such as Ti-6AL-4V, Ti-5AL-2.5Sn, Ti-2AL-1.5Mn, Ti-3AL-2.5V, Ti-6AL- 2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6AL-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-8AL-1Mo-1V, Ti-13V-11Cr-3AL, Ti-15V—3Cr-3AL-Sn and Ti-10V-2Fe-3AL and Ti-0.20Pd, Ti-0.3Mo-0.8Ni, etc. However, for most countries, the first two important alloys (Ti-6Al-4V; Ti-5Al-2.5Sn) are the most typical and recognized by countries around the world.