Анализ на основните разлики между титанови сплави от клас 2 и клас 5

Титановата сплав се счита за ключов материал в-области от висок клас, включително аерокосмическото, медицинското и химическото инженерство, заради превъзходното си съотношение якост към тегло, устойчивост на корозия и биосъвместимост. Сред много степени на титанови сплави, клас 2 (промишлено чист титан) и клас 5 (Ti-6Al-4V) са двата най-популярни класа, те имат фундаментални разлики в дизайна на състава, работните характеристики и областта на приложение. Тази статия систематично ще анализира разликите от 8 основни измерения, предоставяйки прецизни справки за избор на материали за задгранични купувачи и инженери.

Химическият състав е основната разлика между двете, като пряко определя микроструктурата на материала и основата на ефективността. Степен 2 принадлежи на търговски чист титан (CP Titanium), с титан като абсолютен основен химичен компонент и чистота над 99,2%. Съдържа само следи от примеси със съдържание на кислород по-малко или равно на 0,25% и съдържание на желязо по-малко или равно на 0,30%. Няма умишлено добавени легиращи елементи и той представлява структура с една алфа фаза при стайна температура. Степен 5 е типична + двуфазна титанова сплав, официално обозначена като Ti-6Al-4V, с прецизен и контролируем дизайн на състава. Освен около 90% от титановата матрица, специално се добавят 5,5% до 6,75% алуминий и 3,5% до 4,5% ванадий. Алуминият е стабилизатор на - фазата и има способността да повишава устойчивостта на топлина, докато ванадият е стабилизатор на - фазата, който увеличава закаляването. Комбинираният ефект на тези два легиращи елемента води до образуването на + двуфазна микроструктура, която е в основата на неговата висока якост. В допълнение, клас 5 има по-строг контрол върху примесите, със съдържание на кислород по-малко или равно на 0,20%, за да се избегне повлияване на баланса на здравината и издръжливостта на сплавта.

Разликата в механичните свойства е пряко отражение на дизайна на компонентите, а също и основната основа за избор. Механичните свойства на степен 2 показват характеристиките на "умерена якост и висока пластичност". Якостта на опън в отгрято състояние е само 345-480MPa, границата на провлачване е 275-380MPa, но удължението може да достигне 20% -28%, а якостта на счупване надвишава 60MPa √ m. Има отлична форма и устойчивост на удар. За разлика от тях, степен 5 е постигнала качествен скок в якостните показатели, с якост на опън при загряване до 895-930MPa и граница на провлачване от 825-869MPa. След третиране със стареене в твърд разтвор, якостта на опън може да бъде увеличена допълнително до 1100-1200MPa, което е 2-3 пъти по-голямо от степен 2. Въпреки това, с увеличаването на якостта, придружено от намаляване на пластичността, нейното удължение е само 10% -15%, а нейната якост на счупване е малко по-ниска (55-70MPa √ m), проявявайки експлоатационните характеристики на "висока якост, умерена пластичност". Освен това модулът на еластичност на клас 5 (114GPa) е по-висок от този на клас 2 (103GPa), което показва по-добра твърдост на материала, докато плътността е малко по-ниска (4,43g/cm³ срещу 4,51g/cm³), което показва значително предимство в съотношението якост към тегло.

Показателите за устойчивост на корозия показват целеви предимства поради разликите в състава и организацията на материала. Степен 2, като чист титан, има почти перфектна устойчивост на корозия и може да работи стабилно в кисела среда като морска вода, хлоридни разтвори, азотна киселина, оцетна киселина и алкална среда. Плътният оксиден филм, образуван на повърхността, може ефективно да блокира проникването на корозивни среди, особено подходящи за условия на силна корозия. Степен 5 също има отлична устойчивост на корозия, далеч надхвърляща традиционните материали като неръждаема стомана. Въпреки това, поради влиянието на легиращите елементи, неговата устойчивост на корозия е малко по-ниска от степен 2 в някои редуциращи киселини (като солна киселина) и среда с висока концентрация на хлорид. Степен 5 обаче има по-добра производителност при високо{9}}температурно окисляване и може да поддържа стабилна устойчивост на корозия и механични свойства в среда с висока температура от по-ниска или равна на 300 градуса, докато здравината на степен 2 ще намалее значително след надвишаване на 300 градуса, като максималната работна температура не надвишава 400 градуса.

Трудността и технологичността на техниките за обработка се различават значително, което пряко засяга производствената ефективност и разходите. Трудността на обработката на степен 2 е относително ниска. С отлична пластичност, той може лесно да постигне студено формоване, като валцуване, щамповане и огъване. Той има отлична заваръчна производителност и може да получи високо-качествени заварки с помощта на конвенционални заваръчни процеси. Деформацията след заваряване е малка и не изисква сложна корекция на топлинната обработка. Неговата производителност на рязане също е по-добра, с по-малко износване на инструмента и по-висока ефективност на обработка от степен 5. Трудността на обработката на степен 5 се е увеличила значително. Поради неговата висока якост и ниска топлопроводимост (само около една-трета от клас 2, 6,7 W/m · K), при висока{13}}температура инструментът е предразположен към залепване по време на процеса на рязане. Необходими са режещи инструменти от твърда сплав с високо съдържание на кобалт, за да се контролира скоростта на рязане под 30 m/min. Необходим е строг контрол на параметрите на процеса по време на заваряване, като се използва специализирана заваръчна тел ERTi-5. След заваряване е необходимо да се извърши отгряване при 700-800 градуса, за да се елиминира напрежението и да се избегне появата на крехкост. В допълнение, степен 5 може да бъде допълнително укрепена чрез топлинна обработка (стареене на разтвор), докато степен 2, като чист титан, може да елиминира стреса при обработка само чрез топлинна обработка и не може да подобри здравината.

Разликата в сценариите на приложение се крие в точното съвпадение на характеристиките на производителността, които покриват различни полета от висок-клас. Степен 5, със своите основни предимства на "висока якост, леко тегло и устойчивост на висока температура", представлява над 50% от глобалното използване на титанови сплави и е предпочитаният материал в космическата индустрия. Той се използва широко в ключови структурни компоненти като колесник на самолети, лопатки на вентилатора на двигателя и крепежни елементи на фюзелажа, като постига намаление на теглото от 40% в сравнение със стоманата. Закопчалките на фюзелажа на самолета Boeing 787 използват версията Ti-6Al-4V ELI (свръх-ниво на просвет). В областта на медицината степен 5 е подходяща за-носещи натоварване импланти като изкуствени стави и зъбни импланти. Може да подобри устойчивостта на износване чрез обработка с микродъгово оксидиране и трябва да отговаря на стандарта ASTM F136 (съдържание на кислород по-малко или равно на 0,13%). В допълнение, той се използва широко в енергийни полета като тела на клапани за-дълбоководно сондиране и облицовки на резервоари за съхранение на водородна енергия. Степен 2 се фокусира върху сценария на търсене на „висока устойчивост на корозия и лесно формоване“, който се използва в химическата промишленост за производство на устойчиво на корозия оборудване като реакционни съдове, тръбопроводи и топлообменници; Използва се в областта на медицината за неносещи компоненти като изкуствени кости и медицински контейнери; Морската индустрия се използва за оборудване за обезсоляване на морска вода, корабни тръбопроводи и други приложения, както и за тънкостенни структурни компоненти, които изискват сложно формоване.

Значителната разлика между разходите и пазарното предлагане оказва влияние върху решенията за обществени поръчки и бюджетите на проекта. Производствената цена на клас 2 е по-ниска, като цените на суровината варират от 15 до 25 долара за килограм. Благодарение на простата технология на обработка, последващите производствени разходи са сравнително ниски, а предлагането на пазара е достатъчно. Конвенционалните спецификации (плочи, тръби, пръти) могат да бъдат доставени бързо. Цената на клас 5 е значително по-висока, като цените на суровината варират от 30 до 60 долара за килограм. Освен това трудността при обработката и необходимостта от специализирано оборудване и процеси водят до всеобхватни производствени разходи 2-3 пъти по-високи от клас 2. Въпреки това, поради незаменимото си високо-предимство на якост, той все още поддържа стабилно пазарно търсене в полето от висок-клас, особено в аерокосмическата и медицинската област от висок клас, където доставките трябва да следват строги индустриални стандарти (като AMS 4911 стандарт за авиационно коване, медицински стандарт ISO 5832-3).

Разликите в еквивалентността между стандартните системи и имената на марките изискват специално внимание, за да се гарантира съответствие при трансгранични-доставки. Международните стандарти, съответстващи на степен 2, включват ASTM B265 (лист/лента), ASTM B338 (тръба), китайски национален стандарт, еквивалентен клас TA2, и ISO стандарт ISO 5832-2. Международните стандарти за клас 5 са ​​по-разнообразни, обхващащи ASTM B348 (пръти/заготовки), AMS 4911 (авиационни изковки), ASTM F136 (медицински импланти), с еквивалентен клас TC4 на китайския национален стандарт и ISO стандарт ISO 5832-3. Когато купувате в чужбина, трябва да се отбележи, че клас 5 има разлика между конвенционален клас и клас ELI (свръхниска разлика). Класът ELI има по-ниско съдържание на примеси (кислород по-малко или равно на 0,13%) и по-добра биосъвместимост. Той е проектиран специално за медицински и нискотемпературни сценарии и не трябва да се бърка с конвенционалния клас 5.

Принципи за подбор и обобщение: Същността на избора на степен 2 и степен 5 се крие в балансирането на „изисквания за производителност, трудност при обработката и бюджет на разходите“. В случай, че приложението е свързано с устойчивост на корозия и възможност за формоване на листа, без да включва високи натоварвания (като химически тръбопроводи или медицински контейнери), клас 2 е най-достъпният вариант; Ако трябва да постигнете добър баланс между много висока якост, леко тегло и приемлива устойчивост на висока температура (например в структурни части на авиацията,-носещи медицински импланти, дълбоко-морско оборудване), трябва да изберете степен 5, като същевременно имате по-високи разходи и повече ограничения за обработка. Индикаторите за ефективност трябва да бъдат изяснени и преди закупуване се предлага прецизен избор въз основа на натоварването, средата, температурата, технологията на обработка и индустриалните стандарти с оглед на действителните работни условия (включително).

Имейл:bjcxtitanium@gmail.com       

               cxtitanium@outlook.com

Whatsapp:+8613571718779