Jaka jest różnica pomiędzy czystym tytanem a stopem tytanu GR5?

Powszechnie stosowane gatunki tytanu

GR1 (Grade2) czysty tytan przemysłowy

GR2 (Grade3) czysty tytan przemysłowy

GR7 (klasa 11) Ti-0.2Pd

GR10 (klasa 12) Ti-0.3Mo-0.8Ni

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

Przemysłowy czysty tytan dzieli się na trzy gatunki: GR1, GR2 i GR3 w zależności od zawartości zanieczyszczeń. Zawartość zanieczyszczeń śródmiąższowych w tych trzech rodzajach czystego tytanu przemysłowego stopniowo wzrasta, więc ich wytrzymałość mechaniczna i twardość również stopniowo rosną, ale plastyczność i wytrzymałość odpowiednio się zmniejszają.

Przemysłowo czysty tytan powszechnie stosowany w przemyśle to GR2 ze względu na jego umiarkowaną odporność na korozję i wszechstronne właściwości mechaniczne. GR3 można stosować, gdy wymagana jest wyższa odporność na zużycie i wymagania wytrzymałościowe. GR1 można zastosować, gdy wymagana jest lepsza wydajność formowania.

GR1, GR2 i GR3 w normie krajowej odpowiadają Gr0, Gr1 i Gr2 w UNS.

GR1 i GR2 mają dobrą wytrzymałość w niskich temperaturach i wysoką wytrzymałość w niskich temperaturach, gdy zawartość żelaza ω wynosi 0.095%, zawartość tlenu ω wynosi 0.{{10} }8%, zawartość wodoru ω wynosi 0,0009%, a zawartość azotu ω wynosi 0,0062% i może być stosowana jako niskotemperaturowe materiały konstrukcyjne poniżej -253 stopnia.

Różnica między GR1 i GR2 polega na tym, że ten ostatni ma wyższą zawartość żelaza i tlenu, więc wytrzymałość GR2 jest wyższa niż GR1.

GR5 reprezentuje większość niskotemperaturowych stopów tytanu. Jego wytrzymałość wzrośnie wraz ze spadkiem temperatury, ale jego plastyczność nie zmieni się zbytnio. Zachowuje dobrą ciągliwość i wytrzymałość w niskich temperaturach -196-253 stopnia, unikając kruchości metalu na zimno, co czyni go idealnym materiałem na pojemniki kriogeniczne, skrzynie do przechowywania i inny sprzęt.

Istnieje wiele marek i odmian stopów tytanu, ponad 100 rodzajów. W branży dostępnych jest 40-50 typów, a tylko kilkanaście jest najczęściej używanych. Należą do nich różne czyste przemysłowe tytany i wybrane stopy tytanu o różnych smakach, takie jak 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 i Ti-10V-2Fe{{ 33}}AL i Ti-0.20Pd, Ti-0.3Mo-0.8Ni itd. Jednak w większości krajów pierwsze dwa ważne stopy (Ti-6 Al-4V; Ti-5Al-2.5Sn) są najbardziej typowymi i uznanymi przez kraje na całym świecie.

Stopy tytanu są ogólnie nazywane w zależności od ich budowy, a mianowicie stopy tytanu (w tym stopy zbliżone do tytanu), stopy tytanu i ( + ) stopy tytanu. W chińskich normach krajowych TA, TB i TC są używane jako przedrostki określające rodzaj stopu tytanu, po których następuje liczba reprezentująca numer seryjny stopu. Na przykład TA oznacza stop alfa tytanu, stop tytanu GR6 to stop Ti5Al-2.5Sn; Gruźlica reprezentuje beta tytan. Stop, TB2 to stop Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al; TC oznacza stop +, np. stop tytanu GR5 to stop Ti-6Al-4V.

Stopy tytanu alfa zawierają głównie pierwiastki alfa stabilne. W stanie stabilnym w temperaturze pokojowej są to zasadniczo stopy tytanu w fazie alfa, takie jak czysty tytan przemysłowy (GR1, GR2, GR3, GR4) i GR6 (Ti-5Al-5Sn). Stopy alfa tytanu stosowane są głównie w przemyśle chemicznym, petrochemicznym i przetwórczym. W tych gałęziach przemysłu najważniejsza jest odporność stopu na korozję i przetwarzalność. Preferowany jest czysty tytan przemysłowy (cztery rodzaje TA0-GR3), stop tytanu GR7 zawierający pallad (stop tytan-pallad GR7) oraz stopy zawierające niewielkie ilości molibdenu i niklu (stop tytan-molibden-nikiel GR10).

W pobliżu stopu tytanu do tego typu stopu tytanu dodaje się niewielką ilość elementów stabilizujących. W stanie stabilnym w temperaturze pokojowej wyżarzona struktura zawiera niewielką ilość związków fazowych lub międzymetalicznych, na ogół nie więcej niż 10%, takich jak GR11 (Ti-8Al-1Mo-1 V), który jest stopem tytanu opracowanym w Stanach Zjednoczonych do stosowania w wysokich temperaturach, ale wysoka zawartość aluminium może powodować problemy z korozją termiczną pod wpływem soli; GR15 (Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr) to stop BT20 opracowany w Rosji. Stop tytanu GR11 jest stopem podobnym do stopu tytanu GR15. Ten ostatni zmniejsza zawartość aluminium i zwiększa zawartość cyrkonu, utrzymując w ten sposób odporność na ciepło i poprawiając korozję naprężeniową z efektem gorącej soli. + stop złożony GR13 (Ti-2.5CU) to stop IMI230 opracowany w Wielkiej Brytanii.

+ stop tytanu zawiera więcej pierwiastków stabilizujących i jest stopem tytanu składającym się z faz znajdujących się w stanie stabilnym w temperaturze pokojowej. zawartość wynosi zazwyczaj 10%-50%. + stop tytanu ma średnią wytrzymałość i można go wzmocnić poprzez obróbkę cieplną, ale jego właściwości spawalnicze są słabe. W zależności od ekwiwalentu molibdenu, ten typ stopu można podzielić na martenzytyczny i przejściowy. Wśród nich typowy stop Ti-6Al-4V został opracowany przez Water City Arsenal w Stanach Zjednoczonych w 1954 roku. Jest on powszechnie stosowany w przemyśle lotniczym. Ten produkt stopowy stanowi 55%-65% produkcji stopu tytanu i może być używany do produkcji różnych wielkogabarytowych produktów lotniczych. Odkuwki i części stop Ti-6Al-4V ma doskonałe wszechstronne właściwości, jest najintensywniej badany, jest używany najdłużej i ma najszerszy zakres zastosowań. Dlatego stop zachował dużą żywotność od czasu swoich narodzin pół wieku temu. Chińska marka to GR5, oddział Timet amerykańskiej firmy Titanium Metal Company to Ti-6Al-4V, American Active Metal Company to RMI6Al4V, British Titanium Company to IMI318, Rosja to BT6, Sumitomo w Japonii to ST-Al40, a we Francji to TA6V. Niemcy to LT31.

Dodawanie pierwiastków do stopów tytanu wyraża się za pomocą ekwiwalentu molibdenu [Mo1]ep i ekwiwalentu aluminium [Al]ep: a stop bliskotytanowy [Mo1]ep wynosi 12-13, [Al]ep wynosi 5-8; + stop tytanu [Mo1] ep wynosi 5-12, [Al] ep wynosi 6-30; stop tytanu (stop metastabilny) [Mo1] ep wynosi 12-25, [Al] ep wynosi 5-8. Bardziej odpowiednie dla projektantów jest klasyfikacja według intensywności, którą można podzielić na niską intensywność, normalną intensywność, średnią intensywność, wysoką intensywność i maksymalną intensywność.

⑴Przemysłowy czysty tytan

Przemysłowy czysty tytan to gęsty tytan metaliczny o zawartości tytanu nie mniejszej niż 99% i zawierający niewielką ilość żelaza, tlenu, węgla, azotu, wodoru i innych zanieczyszczeń. Zanieczyszczeniami, które mają najbardziej oczywisty wpływ na właściwości mechaniczne czystego tytanu, są tlen, azot i żelazo, zwłaszcza tlen. Reakcja pomiędzy wodorem i tytanem jest odwracalna. Głównym wpływem wodoru na działanie tytanu jest „kruchość wodorowa”. Zazwyczaj określa się, że zawartość wodoru nie powinna przekraczać 0,03%-0,05% wodoru. Chociaż przemysłowy czysty tytan ma zwartą sześciokątną siatkę ( ) w temperaturze pokojowej, jego stosunek osiowy jest mały (c/a=1.587) i ma dobrą przetwarzalność. Czysty tytan ma dobrą odkształcalność i właściwości spawalnicze i nie jest wrażliwy na obróbkę cieplną.

Przemysłowy czysty tytan został objęty międzynarodową normą ISO5832-2-1999 jako materiał metaliczny do implantów chirurgicznych. Materiały spełniające długoterminowe implanty powinny spełniać następujące podstawowe wymagania: odporność na korozję, biokompatybilność, doskonała wytrzymałość na rozciąganie, odporność na zmęczenie oraz dobrą wytrzymałość, elastyczne narzędzia ścierne, odporność na zużycie i zadowalającą cenę.

⑵ Odporny na korozję stop tytanu

Odporne na korozję stopy tytanu nadają się do stosowania w mediach silnie korozyjnych, głównie stopach o niskiej wytrzymałości. W dziedzinach innych niż lotnicze wykorzystuje się głównie zaletę dobrej odporności na korozję. Odporne na korozję stopy tytanu poprawiają odporność na korozję czystego tytanu przemysłowego w mediach redukujących (takich jak kwas solny, kwas siarkowy, kwas fosforowy, kwas szczawiowy i kwas mrówkowy). Obecnie dojrzały tytan molibden, tytan pallad, tytan molibden nikiel, tytan nikiel, tytan tantal itp. stop.

Najwcześniej zbadano stop tytanu i molibdenu (w 1952 r.). Ma doskonałą odporność na korozję w redukcji kwasu solnego. Stop Ti-30Mo jest odporny na wrzący 5% kwas węglowy, wrzący 5% kwas siarkowy, wrzący 10% kwas fosforowy, wrzący w 10% kwasie octowym i wrzący 50% kwasu mrówkowego, ogólne maksimum szybkość korozji wynosi 0,0254-0,0508 mm/a. Szybkość korozji czystego tytanu w 10% roztworze kwasu siarkowego w temperaturze 93,3 stopnia osiąga 38,1-50,8 mm/a; Stop Ti-30Mo w Odporność na korozję w mediach utleniających jest słaba. Ze względu na dodatek stopu molibdenu i hafnu o dużej gęstości wytapianie, przetwarzanie i spawanie spowoduje pewne katastrofy lotnicze. Ze stopów tytanu i molibdenu powstają odporne na korozję stopy tytanu, takie jak tytan-molibden-niob, tytan-molibden-cyrkon i tytan-molibden-pallad.

Stop tytanowo-palladowy GR7 ma doskonałą odporność na korozję w mediach utleniających. Ma również pewną odporność na korozję w mediach redukujących, a szczególnie może poprawić swoją odporność na korozję szczelinową w mediach o wysokim stężeniu jonów chlorkowych. Stop tytanu GR7 zawiera 0,2% palladu. W 5% wrzącym kwasie siarkowym stop tytanu-palladu GR7 może zmniejszyć szybkość korozji z 48,26 mm/a (czysty tytan przemysłowy) do 0,508 mm/a i zwiększyć odporność na korozję około 95 razy. Stop ma dobre właściwości w zakresie przetwarzania, formowania i spawania, ale zawiera pallad jako metal szlachetny i jest kosztowny.

Stop beta tytanu. Ten rodzaj stopu tytanu zawiera wystarczającą ilość pierwiastków stabilnych beta. Przy odpowiedniej szybkości chłodzenia cała struktura temperatury pokojowej jest w fazie beta. Zwykle można go podzielić na poddawany obróbce cieplnej stop beta tytanu (metastabilny stop beta tytanu) i stabilny beta tytan. stop. Obrabiany cieplnie stop beta tytanu ma bardzo dobrą plastyczność procesową w warunkach hartowania, można go formować na zimno w płyty i dzięki obróbce starzenia może uzyskać wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze pokojowej do 1300-1400 MPa.

Nominalny skład stopu tytan-molibden-nikiel GR10 to Ti-0.3Mo-0.8Ni. Jest to stop Ti-12, który został zbadany i opracowany w Stanach Zjednoczonych w połowie-1970 XX wieku. Jest to stop tytanu odporny na korozję szczelinową. Wytrzymałość stopu na rozciąganie w temperaturze 300 stopni Jest dwukrotnie większa niż czystego tytanu, a jego odporność na korozję w obecności mediów redukujących jest znacznie poprawiona. Korozja szczelinowa nie występuje w chlorku w temperaturze 150-200.

Temperatura stosowania stopu tytanu i niklu (Ti-2Ni) w urządzeniach do odsalania w wysokiej temperaturze może osiągnąć około 200 stopni.

Stop tytanu i tantalu (Ti-5Ta) to odporny na korozję stop tytanu oparty na kwasie azotowym, produkowany w Rosji pod marką stopu 4204 i japońska firma Kobe Steel pod marką KS50Ta. Stop ma dobrą wydajność procesu i wydajność spawania, a szybkość korozji w płynącym kwasie azotowym w stopniu 100-200 jest mniejsza niż 0,1 mm/a. Zastosowano go w urządzeniach do odzyskiwania kwasu azotowego i procesach ponownego przetwarzania paliwa jądrowego.

⑶Strukturalny stop tytanu

Stopy tytanu o niskiej wytrzymałości, sklasyfikowane według wytrzymałości, są stosowane głównie w środowiskach odpornych na korozję, podczas gdy inne stopy tytanu są stosowane w częściach konstrukcyjnych, zwane konstrukcyjnymi stopami tytanu. Stopy tytanu o zwykłej wytrzymałości (około 500 MPa), obejmujące głównie czysty tytan przemysłowy, Ti-2Al-1.5Mn (TC1) i Ti-3Al-2.5V (GR18 ) były szeroko stosowane. Ze względu na dobre właściwości przetwórcze i odkształcalność oraz spawalność, stop ten stosowany jest do produkcji różnych części płyt lotniczych i rur hydraulicznych, a także cywilnych wyrobów rowerowych. Typowym stopem stopu tytanu o średniej wytrzymałości (około 900 MPa) jest Ti-6Al-4V (GR5), który jest szeroko stosowany w przemyśle stopów tytanu w przemyśle lotniczym. Płyta ze stopu tytanu o wysokiej wytrzymałości ma wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze pokojowej większą niż 1100 MPa. Składa się ze stopu prawie tytanowego i metastabilnego stopu tytanu. Stosowany jest głównie do zastąpienia wysokowytrzymałej stali konstrukcyjnej powszechnie stosowanej w konstrukcjach lotniczych. Jego typowe stopy to Ti-13V- 11Cr-3Al, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn i Stopy Ti-10V-2Fe-3Al itp.

4. Żaroodporny stop tytanu

Stop tytanu żaroodporny to stop tytanu odpowiedni do długotrwałej pracy w podwyższonych temperaturach. Charakteryzuje się wysoką chwilową i trwałą wytrzymałością w całym zakresie temperatur roboczych. Ma dobrą stabilność termiczną, odporność na pełzanie i plastyczność w temperaturze pokojowej oraz dobrą odporność na zmęczenie w wysokiej temperaturze. Stosowany jest głównie do produkcji tarcz, łopatek, obudów wlotów powietrza i podzespołów lotniczych w sprężarkach. Żaroodporne stopy tytanu zostały wzmocnione roztworem stałym + stopy tytanu typu i typu zbliżonego. + typu żaroodporne stopy tytanu, które mogą długo pracować w temperaturze poniżej 500 stopni, zawierają więcej pierwiastków stabilizujących, a odpowiednik aluminium wynosi powyżej 6. Dzięki dodaniu odpowiednich pierwiastków stabilizujących beta, stop nie tylko wykazuje wysoką wytrzymałość chwilową w wysokich temperaturach, ale ma również wystarczającą plastyczność. Typowe stopy obejmują GR5 (Ti-6Al-4V), TC6 (Ti-6Al-2.5Mo-2Cr-0.5 Fe -0.3Si) i TC11 (Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si). żaroodporne stopy tytanu, które długo pracują w temperaturze poniżej 500 stopni, zawierają niewielką ilość pierwiastków stabilizujących. Odpowiednik aluminium wynosi prawie wszystkie powyżej 7, a stop ma więcej fazy w stanie równowagi, więc stopy te mają wyższą odporność na pełzanie i lepszą odporność na zmęczenie i odporność na pękanie powyżej 500 stopni. Ponieważ stop prawie typu ma te doskonałe wszechstronne właściwości, stał się głównym systemem stopów żaroodpornych. Typowe stopy to Ti-8Al-1Mo-1V (US Ti-811), Ti6Al-2Zr-1Mo-1 V (rosyjski BT20), Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (amerykański Ti-6242) i Ti-5.5Al { {54}}.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si (brytyjski IMI-829).

5. Niskotemperaturowy stop tytanu

Niskotemperaturowe stopy tytanu są i + stopami tytanu odpowiednimi do stosowania w niskich temperaturach. Ten rodzaj stopu zwiększa się wraz ze spadkiem temperatury, a jego wytrzymałość rzadko maleje wraz ze spadkiem temperatury, dlatego można go stosować jako części konstrukcyjne niskotemperaturowe. Trend rozwojowy niskotemperaturowych stopów tytanu polega na zmniejszaniu zawartości tlenu z 0,2% (gatunek zwykły) do 0,12% w celu utworzenia stopu tytanu o wyjątkowo małej szczelinie (ELI). Można stosować w bardzo niskich temperaturach (<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.