Charakteristika a vlastnosti titanu a materiálů slitin titanu

Titan a slitiny titanu mají mnoho vynikajících vlastností, které se odrážejí především v následujících aspektech:
1. Vysoká pevnost. Titanová slitina má vysokou pevnost, její pevnost v tahu je 686-1176MPa a její hustota je pouze asi 60 % oceli, takže její specifická pevnost je velmi vysoká.
2. Vysoká tvrdost. Tvrdost HRC titanové slitiny (žíhaný stav) je 32-38.
3. Nízký modul pružnosti. Modul pružnosti titanové slitiny (žíhaný stav) je 1,078×10-1,176×10MPa, což je asi polovina pružnosti oceli a nerezové oceli.
4. Vynikající výkon při vysokých a nízkých teplotách. Při vysokých teplotách si titanové slitiny stále udržují dobré mechanické vlastnosti, jejich tepelná odolnost je mnohem vyšší než u hliníkových slitin a teplotní rozsah jejich použití je široký. V současnosti může pracovní teplota nových žáruvzdorných titanových slitin dosáhnout 550-600 stupňů; při nízkých teplotách se pevnost titanových slitin oproti normálním teplotám zlepšuje a mají dobrou houževnatost. Nízkoteplotní titanové slitiny si stále udržují dobrou houževnatost při -253 stupni.

5. Titan má silnou odolnost proti korozi. Ve vzduchu pod 550 stupňů se na povrchu titanu rychle vytvoří tenký a hustý oxidový film. Proto je jeho odolnost proti korozi v oxidačních médiích, jako je atmosféra, mořská voda, kyselina dusičná a kyselina sírová, silná alkálie, lepší než u většiny nerezových ocelí.
Titanové slitiny mají vysokou pevnost a tvrdost, takže zpracovatelské zařízení musí být výkonné a formy a řezné nástroje by měly mít vysokou pevnost a tvrdost. Během řezání je kontaktní plocha mezi třískou a čelem čela malá a namáhání hrotu nástroje je velké. Ve srovnání s ocelí 45, ačkoli řezná síla titanové slitiny je pouze 2/3-3/4, kontaktní plocha mezi třískou a čelem je menší (pouze 1/2-2/3 oceli 45 ), takže řezání nástroje Namáhání ostří je velké a hrot nástroje nebo řezná hrana se snadno opotřebovává; titanová slitina má velký třecí faktor a nízkou tepelnou vodivost (pouze 1/4 a 1/16 železa a hliníku v tomto pořadí); kontakt mezi nástrojem a třískou je způsoben jeho Při krátké délce se řezné teplo akumuluje na malé ploše blízko břitu a nebude snadno odváděno. Tyto faktory způsobují, že teplota řezání titanové slitiny je velmi vysoká, což má za následek zrychlené opotřebení nástroje a ovlivňuje kvalitu zpracování. Díky nízkému modulu pružnosti titanové slitiny obrobek při řezání silně odskakuje, což může snadno způsobit zvýšené opotřebení boku nástroje a deformaci obrobku. Slitiny titanu jsou vysoce chemicky aktivní při vysokých teplotách a snadno reagují s plynnými nečistotami, jako je vodík a kyslík ve vzduchu. Chemická reakce vytváří vytvrzenou vrstvu, která dále zhoršuje opotřebení nástroje; při řezání titanové slitiny se materiál obrobku snadno připojí k povrchu nástroje a ve spojení s vysokou teplotou řezání je nástroj náchylný k difúznímu opotřebení a adhezivnímu opotřebení.
Slitiny titanu mají aktivní chemické vlastnosti a jsou snadno kompatibilní a přilnou k brusivu při vysokých teplotách, ucpávají brusný kotouč, což má za následek zvýšené opotřebení brusného kotouče, snížený brusný výkon a potíže se zajištěním přesnosti broušení. Opotřebení brusného kotouče také zvyšuje kontaktní plochu mezi brusným kotoučem a obrobkem, což způsobuje zhoršení podmínek pro odvod tepla a prudký nárůst teploty v oblasti broušení, což vytváří velké tepelné namáhání brusného povrchu, což způsobuje místní popáleniny na obrobku a způsobují praskliny při broušení. Titanová slitina má vysokou pevnost a houževnatost, což ztěžuje oddělení brusných třísek během broušení, zvyšuje brusnou sílu a odpovídajícím způsobem zvyšuje spotřebu brusného výkonu. Titanová slitina má nízkou tepelnou vodivost a malé měrné teplo. Vedení tepla je během broušení pomalé, což způsobuje akumulaci tepla v zóně brusného oblouku, což způsobuje prudké zvýšení teploty v oblasti broušení. 

Při vytlačování titanu a titanových slitin je vyžadována vysoká vytlačovací teplota a vysoká rychlost vytlačování, aby se zabránilo příliš rychlému poklesu teploty. Současně by měla být co nejvíce zkrácena doba kontaktu mezi vysokoteplotním polotovarem a formou. Vytlačovací nástroj by proto měl používat nové materiály žáruvzdorné formy a rychlost dopravy polotovaru z ohřívací pece do vytlačovacího bubnu by měla být také rychlá. Vzhledem k tomu, že kov je snadno kontaminován plynem během zahřívání a vytlačování, měla by být rovněž přijata vhodná ochranná opatření. Během vytlačování by měla být vybrána vhodná maziva, aby se zabránilo přilnutí k formě, jako je vytlačování pláště a vytlačování lubrikovaného sklem. Vzhledem k velkému tepelnému účinku deformace titanu a titanových slitin a špatné tepelné vodivosti je třeba věnovat zvláštní pozornost prevenci přehřátí během vytlačování a deformace. Proces vytlačování slitiny titanu je komplikovanější než proces vytlačování slitiny hliníku, slitiny mědi a dokonce i oceli. To je dáno speciálními fyzikálními a chemickými vlastnostmi titanové slitiny. Při konvenčním zpětném vytlačování titanové slitiny za tepla je teplota formy nízká, povrchová teplota ingotu v kontaktu s formou rychle klesá, zatímco teplota uvnitř ingotu se zvyšuje v důsledku deformačního tepla. Vzhledem k nízké tepelné vodivosti titanové slitiny se po poklesu povrchové teploty nemůže teplo vnitřního sochoru přenést na povrch včas, aby se doplnilo, a objeví se povrchově zpevněná vrstva, která ztěžuje pokračování deformace. Zároveň se mezi povrchovou vrstvou a vnitřní vrstvou objeví velký teplotní gradient. I když může být vytvořen, je snadné způsobit deformaci a nerovnoměrnou strukturu.
Titanové slitiny jsou velmi citlivé na parametry procesu kování. Změny teploty kování, velikosti deformace, velikosti deformace a rychlosti ochlazování způsobí změny ve struktuře a vlastnostech slitin titanu. Aby bylo možné lépe kontrolovat strukturální vlastnosti výkovků, byly v posledních letech při výrobě titanových slitin široce používány pokročilé technologie kování, jako je kování za tepla a izotermické kování.

Plastičnost titanových slitin se zvyšuje s teplotou. V teplotním rozsahu 1000-1200 stupňů dosahuje plasticita maximální hodnoty a povolený stupeň deformace dosahuje 70 %-80 %. Teplotní rozsah kování titanových slitin je úzký a měl by být přísně kontrolován podle ( )/ transformační teploty (kromě otvorů ingotů), jinak zrna prudce rostou a snižují plasticitu při pokojové teplotě; titanové slitiny jsou obvykle mezi ( ) Kování se provádí v oblasti fáze, protože teplota kování nad ( )/ transformační linií je příliš vysoká, což povede ke vzniku křehké fáze. Jak počáteční kování, tak konečné kování titanové slitiny musí být vyšší než ( )/ transformační teplota. Deformační odolnost titanové slitiny se rychle zvyšuje se zvyšující se rychlostí deformace, přičemž teplota kování má větší vliv na deformační odolnost titanové slitiny. Proto se klasické kování musí provádět v kovací zápustce s minimálním chlazením. Významný vliv na kujnost titanových slitin má také obsah intersticiálních prvků (jako O, N, C).