Jaký je rozdíl mezi čistým titanem a slitinou titanu GR5?

Běžně používané druhy titanu

GR1 (Grade2) průmyslově čistý titan

GR2 (Grade3) průmyslově čistý titan

GR7 (třída 11) Ti-0.2Pd

GR10 (třída 12) Ti-0.3Mo-0.8Ni

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

Průmyslově čistý titan je rozdělen do tří tříd: GR1, GR2 a GR3 podle obsahu nečistot. Prvky intersticiálních nečistot u těchto tří typů průmyslového čistého titanu postupně narůstají, takže se postupně zvyšuje i jejich mechanická pevnost a tvrdost, ale odpovídajícím způsobem klesá plasticita a houževnatost.

Průmyslově čistý titan běžně používaný v průmyslu je GR2 kvůli jeho střední odolnosti proti korozi a komplexním mechanickým vlastnostem. GR3 lze použít, když jsou vyžadovány vyšší požadavky na odolnost proti opotřebení a pevnost. GR1 lze použít, když je požadován lepší výkon při lisování.

GR1, GR2 a GR3 v národním standardu odpovídají Gr0, Gr1 a Gr2 v UNS.

GR1 a GR2 mají dobrou houževnatost při nízkých teplotách a vysokou pevnost při nízkých teplotách, když je obsah železa ω 0.095 %, obsah kyslíku ω je 0.{{10} }8 %, obsah vodíku ω je 0,0009 % a obsah dusíku ω je 0,0062 % a lze je použít jako nízkoteplotní konstrukční materiály pod -253 stupně.

Rozdíl mezi GR1 a GR2 je v tom, že GR2 má vyšší obsah železa a kyslíku, takže síla GR2 je vyšší než GR1.

GR5 představuje většinu nízkoteplotních slitin titanu. Jeho pevnost se bude s klesající teplotou zvyšovat, ale jeho plasticita se příliš nezmění. Zachovává si dobrou tažnost a houževnatost při nízkých teplotách -196-253 stupňů, čímž se vyhýbá studené křehkosti kovu, což z něj činí ideální materiál pro kryogenní nádoby, skladovací boxy a další vybavení.

Existuje mnoho značek a odrůd titanových slitin, více než 100 druhů. V průmyslu je k dispozici 40-50 typů a nejčastěji se používá jen tucet. Patří mezi ně různé průmyslové čisté titany a vybrané slitiny titanu různých chutí, jako jsou 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 a Ti-10V-2Fe{{ 33}}AL a Ti-0.20Pd, Ti-0.3Mo-0.8Ni atd. Pro většinu zemí jsou však první dvě důležité slitiny (Ti-6 Al-4V; Ti-5Al-2.5Sn) jsou nejtypičtější a uznávané zeměmi po celém světě.

Slitiny titanu jsou obecně pojmenovány podle jejich struktury, jmenovitě slitiny titanu (včetně slitin blízkých titanu), slitiny titanu a ( + ) slitiny titanu. V čínských národních normách se TA, TB a TC používají jako předpony k označení typu slitiny titanu, za nimiž následuje číslo představující sériové číslo slitiny. Například TA představuje slitinu alfa titanu, slitina titanu GR6 je slitina Ti5Al-2.5Sn; TB představuje beta titan. Slitina, TB2 je slitina Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al; TC představuje + slitinu, například slitina titanu GR5 je slitina Ti-6Al-4V.

Slitiny alfa titanu obsahují převážně alfa stabilní prvky. Ve stabilním stavu při pokojové teplotě jsou to v podstatě slitiny titanu v alfa fázi, jako je průmyslově čistý titan (GR1, GR2, GR3, GR4) a GR6 (Ti-5Al-5Sn). Slitiny alfa titanu se používají především v chemickém, petrochemickém a zpracovatelském průmyslu. V těchto průmyslových odvětvích je primárním hlediskem odolnost proti korozi a zpracovatelnost slitiny. Upřednostňuje se průmyslově čistý titan (TA0-GR3 čtyři typy), slitina titanu GR7 obsahující palladium (slitina titan-palladium GR7) a slitiny obsahující malá množství molybdenu a niklu (slitina titan-molybden-nikl GR10).

V blízkosti slitiny titanu je do tohoto typu slitiny titanu přidáno malé množství stabilizačních prvků. Ve stabilním stavu při pokojové teplotě obsahuje žíhaná struktura malé množství fázových nebo intermetalických sloučenin, obecně ne více než 10 %, jako je GR11 (Ti-8Al-1Mo-1 V), což je slitina titanu vyvinutá ve Spojených státech pro použití při vysokých teplotách, ale vysoký obsah hliníku může způsobit problémy s korozí způsobenou tepelnou solí; GR15 (Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr) je slitina BT20 vyvinutá v Rusku. Titanová slitina GR11 je podobná slitina jako slitina titanu GR15. Ten snižuje obsah hliníku a zvyšuje zirkonium, čímž udržuje tepelnou odolnost a zlepšuje korozi působením horké soli. + složená slitina GR13 (Ti-2.5CU) je slitina IMI230 vyvinutá ve Spojeném království.

+ slitina titanu obsahuje více -stabilizačních prvků a je slitinou titanu složenou a fází ve stabilním stavu při pokojové teplotě. obsah je obecně 10 %-50 %. + slitina titanu má střední pevnost a lze ji zpevnit tepelným zpracováním, ale její svařovací výkon je špatný. V závislosti na ekvivalentu molybdenu lze tento typ slitiny rozdělit na martenzitické a přechodné typy. Mezi nimi typická slitina Ti-6Al-4V byla vyvinuta Water City Arsenal ve Spojených státech v roce 1954. Je široce používána v leteckém průmyslu. Tato slitina představuje 55 %-65 % výroby slitiny titanu a lze ji použít k výrobě různých velkých leteckých produktů. Výkovky a díly, slitina Ti-6Al-4V má vynikající komplexní vlastnosti, je nejintenzivněji zkoumána, používá se nejdéle a má nejširší spektrum aplikací. Slitina si proto od svého vzniku před půl stoletím uchovává silnou vitalitu. Čínská značka je GR5, divize Timet společnosti American Titanium Metal Company je Ti-6Al-4V, americká společnost Active Metal Company je RMI6Al4V, britská společnost Titanium Company je IMI318, Rusko je BT6, Sumitomo Japonska je ST-Al40 a Francie je TA6V. Německo je LT31.

Přidání prvků do slitin titanu je vyjádřeno ekvivalentem molybdenu [Mo1]ep a ekvivalentem hliníku [Al]ep: a slitina téměř titanu [Mo1]ep je 12-13, [Al]ep je 5-8; + slitina titanu [Mo1] ep je 5-12, [Al] ep je 6-30; slitina titanu (metastabilní slitina) [Mo1] ep je 12-25, [Al] ep je 5-8. Pro designéry je vhodnější třídění podle intenzity, kterou lze rozdělit na nízkou intenzitu, normální intenzitu, střední intenzitu, vysokou intenzitu a maximální intenzitu.

⑴ Průmyslově čistý titan

Průmyslově čistý titan je hustý kovový titan s obsahem titanu nejméně 99 % a obsahující malé množství železa, kyslíku, uhlíku, dusíku, vodíku a dalších nečistot. Nečistoty, které mají nejzjevnější vliv na mechanické vlastnosti čistého titanu, jsou kyslík, dusík a železo, zejména kyslík. Reakce mezi vodíkem a titanem je vratná. Hlavním dopadem vodíku na výkon titanu je „vodíková křehkost“. Obvykle se stanoví, že obsah vodíku by neměl překročit 0,03 %-0,05 % vodíku. Ačkoli průmyslově čistý titan má při pokojové teplotě těsně sbalenou hexagonální mřížku ( ), jeho axiální poměr je malý (c/a=1.587) a má dobrou zpracovatelnost. Čistý titan má dobrou tvarovatelnost a svařovací vlastnosti a není citlivý na tepelné zpracování.

Průmyslově čistý titan byl zahrnut do mezinárodního standardu ISO5832-2-1999 jako kovový materiál pro chirurgické implantáty. Materiály, které splňují dlouhodobé implantáty, by měly mít tyto základní požadavky: odolnost proti korozi, biokompatibilitu, vynikající pevnost v tahu, odolnost proti únavě a má dobrou houževnatost, elastické brusné nástroje, odolnost proti opotřebení a uspokojivou cenu.

⑵ Titanová slitina odolná vůči korozi

Korozivzdorné titanové slitiny jsou vhodné pro použití ve vysoce korozivních médiích, především ve slitinách s nízkou pevností. V neleteckých oborech se využívá především výhoda dobré odolnosti proti korozi. Korozivzdorné titanové slitiny zlepšují korozní odolnost průmyslového čistého titanu v redukčních médiích (jako je kyselina chlorovodíková, kyselina sírová, kyselina fosforečná, kyselina šťavelová a kyselina mravenčí). V současné době zralý titan molybden, titan palladium, titan molybden nikl, titan nikl, titan tantal, atd. slitiny.

Slitina titan-molybden byla nejdříve studována (v roce 1952). Má vynikající odolnost proti korozi při redukci kyseliny chlorovodíkové. Slitina Ti-30Mo je odolná proti varu 5% kyseliny uhličité, varu 5% kyseliny sírové, varu 10% kyseliny fosforečné, varu v 10% kyselině octové a varu 50% kyselině mravenčí, obecné maximum rychlost koroze je 0.{9}}.0508 mm/a. Rychlost koroze čistého titanu v 10% roztoku kyseliny sírové při 93,3 stupni dosahuje 38.1-50,8 mm/a; Slitina Ti-30Mo v odolnosti proti korozi v oxidačních médiích je špatná. Díky přidání vysokohustotní slitiny molybden-hafnium přinese tavení, zpracování a svařování určité letecké katastrofy. Ze slitin titan-molybden jsou odvozeny slitiny titanu odolné proti korozi, jako je titan-molybden-niob, titan-molybden-zirkonium a titan-molybden-palladium.

Slitina titan-palladium GR7 má vynikající odolnost proti korozi v oxidačních médiích. Má také určitou odolnost proti korozi vůči redukčním médiím a může zvláště zlepšit svou odolnost vůči štěrbinové korozi v médiích s vysokou koncentrací chloridových iontů. Titanová slitina GR7 obsahuje 0,2 % palladia. V 5% vroucí kyselině sírové může slitina titanu a palladia GR7 snížit rychlost koroze z 48,26 mm/a (průmyslově čistý titan) na 0,508 mm/a a zvýšit odolnost proti korozi asi 95krát. Slitina má dobré zpracovatelské, tvarovací a svařovací vlastnosti, ale obsahuje drahý kov palladium a je nákladná.

Beta titanová slitina. Tento typ slitiny titanu obsahuje dostatek beta stabilních prvků. Při vhodné rychlosti chlazení je struktura při pokojové teplotě celá beta fáze. Obvykle se dá rozdělit na tepelně zpracovatelnou beta titanovou slitinu (metastabilní beta titanová slitina) a stabilní beta titan. slitina. Tepelně zpracovatelná beta titanová slitina má velmi dobrou procesní plasticitu za podmínek kalení, lze ji tvarovat za studena do desek a může dosáhnout pevnosti v tahu při pokojové teplotě až 1300-1400MPa úpravou stárnutím.

Jmenovité složení slitiny titan-molybden-nikl GR10 je Ti-0.3Mo-0.8Ni. Jedná se o slitinu Ti-12, kterou prozkoumaly a vyvinuly Spojené státy v polovině-1970 let. Je to slitina titanu odolná proti štěrbinové korozi. Pevnost slitiny v tahu při 300 stupních Je dvakrát vyšší než u čistého titanu a její odolnost proti korozi vůči redukčním médiím je výrazně zlepšena. Štěrbinová koroze se nevyskytuje v chloridu při 150-200 stupni .

Teplota použití slitiny titanu a niklu (Ti-2Ni) ve vysokoteplotním odsolovacím zařízení může dosáhnout asi 200 stupňů .

Slitina titan-tantal (Ti-5Ta) je slitina titanu odolného proti korozi typu kyseliny dusičné, vyráběná v Rusku pod značkou slitiny 4204 a japonskou společností Kobe Steel pod značkou KS50Ta. Slitina má dobrý procesní a svařovací výkon a rychlost koroze v proudící kyselině dusičné při 100-200 stupni je menší než 0,1 mm/rok. Byl použit v zařízeních pro regeneraci kyseliny dusičné a procesech přepracování jaderného paliva.

⑶Strukturální slitina titanu

Slitiny titanu s nízkou pevností klasifikované podle pevnosti se používají hlavně v prostředích odolných proti korozi, zatímco jiné slitiny titanu se používají v konstrukčních částech, nazývaných strukturální slitiny titanu. Slitiny titanu s běžnou pevností (asi 500 MPa), zejména včetně průmyslového čistého titanu, Ti-2Al-1.5Mn (TC1) a Ti-3Al-2.5V (GR18 ), byly široce používány. Vzhledem ke svým dobrým zpracovatelským a tvarovatelným vlastnostem a svařitelnosti se slitina používá k výrobě různých leteckých plechových dílů a hydraulických trubek, ale i civilních produktů jízdních kol. Typickou slitinou středně pevné slitiny titanu (asi 900 MPa) je Ti-6Al-4V (GR5), která je široce používána v leteckém průmyslu slitin titanu. Deska z vysoce pevné titanové slitiny má pevnost v tahu při pokojové teplotě vyšší než 1100 MPa. Skládá se ze slitiny téměř titanu a metastabilní slitiny titanu. Používá se především k náhradě vysokopevnostní konstrukční oceli běžně používané v konstrukcích letadel. Jeho typické slitiny jsou Ti-13V- 11Cr-3Al, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn a Slitiny Ti-10V-2Fe-3Al atd.

4. Tepelně odolná slitina titanu

Žáruvzdorná titanová slitina je titanová slitina vhodná pro dlouhodobý provoz při vyšších teplotách. Má vysokou okamžitou a trvanlivou pevnost v celém rozsahu provozních teplot. Má dobrou tepelnou stabilitu, odolnost proti tečení a plasticitu při pokojové teplotě a má dobrou odolnost proti únavě při vysoké teplotě. Používá se hlavně k výrobě disků, lopatek, skříní sání vzduchu a součástí letadel v kompresorech. Tepelně odolné titanové slitiny byly zpevněny pevným roztokem + slitiny titanu typu a typu blízkého typu. + žáruvzdorné titanové slitiny typu, které mohou pracovat po dlouhou dobu pod 500 stupňů, obsahují více stabilizačních prvků a ekvivalent hliníku je vyšší než 6. Přidáním vhodných beta stabilizačních prvků slitina nejen vykazuje vysokou okamžitou pevnost při vysokých teplotách, ale má i dostatečnou plasticitu. Mezi typické slitiny patří GR5 (Ti-6Al-4V), TC6 (Ti-6Al-2.5Mo-2Cr-0.5 Fe -0.3Si) a TC11 (Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si). -typ žáruvzdorné titanové slitiny, které pracují po dlouhou dobu pod 500 stupňů, obsahují malé množství -stabilizačních prvků. Ekvivalent hliníku je téměř celý nad 7 a slitina má více fáze v rovnovážném stavu, takže tyto slitiny mají vyšší odolnost proti tečení a lepší odolnost proti únavě a lomovou houževnatost nad 500 stupňů. Protože téměř typová slitina má tyto vynikající komplexní vlastnosti, stala se hlavním systémem žáruvzdorných slitin. Typické slitiny jsou Ti-8Al-1Mo-1V (US Ti-811), Ti6Al-2Zr-1Mo-1 V (ruský BT20), Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (USA Ti-6242) a Ti-5.5Al { {54}}.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si (UK IMI-829).

5. Nízkoteplotní titanová slitina

Nízkoteplotní slitiny titanu jsou slitiny titanu a + vhodné pro použití při nízkých teplotách. Tento typ slitiny se zvyšuje s klesající teplotou a jeho houževnatost se s klesající teplotou zřídka snižuje, takže může být použit jako nízkoteplotní konstrukční díly. Trendem vývoje nízkoteplotních titanových slitin je snížení obsahu kyslíku z 0,2 % (běžná jakost) na 0,12 % za účelem vytvoření titanové slitiny s extrémně nízkou mezerou (ELI). Lze použít při extrémně nízkých teplotách (<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.