Защо титанът печели своето място в менюто за сплави
Титанът не е единичен материал. Това е семейство от класове, които имат общ неблагороден метал, но се различават рязко по отношение на здравина, формоспособност и температурна способност. Разбирането на основния метал първо прави системата за оценка по-лесна за четене.
Тегло и сила.Чистият титан има плътност от около 4,5 g/cm³, приблизително 60% от 7,85 g/cm³ на стоманата, докато закалените търговски чисти класове достигат якост на опън от минимум 240-550 MPa. Резултатът е специфична якост (якост на единица тегло), която е трудно да се постигне в обикновените структурни сплави. Две бележки за дизайна следват от физиката: модулът на еластичност на титана е само около 103-116 GPa, приблизително половината от 200 GPa на стоманата, така че критичните за твърдостта части трябва да бъдат оразмерени за деформация, както и за напрежение; и точката на топене е около 1668 градуса, поради което полезните експлоатационни граници по-долу идват от окисляване и пълзене, а не от топене.
Устойчивост на корозия.Титанът образува плътен, самовъзстановяващ се TiO₂ оксиден филм, който му придава изключителна устойчивост в морска вода, хлоридни разтвори и окисляващи киселини. Там, където неръждаемата стомана 316L може да се повреди от хлоридна питинг или корозионно напукване-напрежение, търговски чистият титан и повечето сплави са устойчиви на тези механизми. Струва си да се запомнят две граници: корозия на пукнатини може да се появи при работа с горещ хлорид над приблизително 70-80 градуса, а редуциращи киселини като разредена солна или сярна киселина атакуват нелегиран титан - класове, съдържащи паладий (клас 7 / клас 11) и легирани класове (клас 12) са стандартните отговори там.
Температурно поведение.Търговски чистият титан работи дълго-до около 300-400 градуса. и почти сплавите разширяват обхвата до 500-600 градуса, където поддържат устойчивост на пълзене по-добре от всяко друго титаново семейство. Над около 600 градуса, оксидирането на котлен камък и кислородната крехкост стават ограничаващи фактори; кратките отклонения над проектния диапазон изискват специфична оценка на растежа на оксида и загубата на механични свойства.
Криогенна издръжливост.За разлика от много стомани, титанът не става крехък при ниски температури. -класове тип като TA7 (Ti-5Al-2.5Sn) и класове + като Ti-6Al-4V ELI се използват за криогенни компоненти до -200 градуса и по-ниски, което има значение за инсталации за втечнен природен газ, космическо и свръхпроводимо оборудване.
Биосъвместимост и не-магнитно поведение.Пасивният филм също така обяснява защо титанът е водещият метал за имплантиране: той се приема от тялото без значителна реакция, покрива се от ASTM F67 (търговски чист) и ASTM F136 (Ti-6Al-4V ELI). Титанът е немагнитен, което е подходящо за среда с ЯМР, прецизни инструменти и корпуси на електроника.
Реалността на цената.Титанът струва повече на килограм от неръждаемата стомана - процесът на редукция на Kroll е енергоемък-и машинната обработка е бавна поради ниската топлопроводимост и закаляването при работа. Инженерният корпус за титан е направен въз основа на спестено тегло, корозионен живот, температурни показатели или биосъвместимост, а не на първа цена. Следователно справедливото сравнение използва разходите за жизнения цикъл: допуск за корозия, интервали на поддръжка, глоби за тегло и престой.
Семейства от класове и за какво е всяко от тях
Деформираният титан е групиран по микроструктура в търговски чисти класове и три семейства сплави. Китайските обозначения (TA, TC, TB под GB/T 3621) и класовете по ASTM са широко използвани в международен план, така че таблиците по-долу дават и двете.
Търговски чист титан - степени 1-4 (TA1-TA3 под GB/T 3621)
Търговски чистият (CP) титан не съдържа целенасочени легиращи елементи. Разликата между степени 1-4 е нивото на интерстициалните примеси - главно кислород, плюс азот, въглерод и желязо. Тъй като съдържанието на интерстициал се повишава, якостта на опън и границата на провлачване се увеличават, докато формоспособността и пластичността на заваръчния шев намаляват. Устойчивостта на корозия е като цяло еднаква в четирите степени, тъй като всички те разчитат на един и същ оксиден филм.
Клас 2 (TA2)е най-широко използваният клас CP: той балансира здравина, формоспособност, заваряемост и устойчивост на корозия за химически съдове, тръбопроводи, морски хардуер и топлообменници.1 клас (TA1)е по-мек и пластичен, предпочитан за дълбоко{0}}изтеглени части, аноди и топлообменни листове.Степен 3 (TA3)и4 классе избират, когато е необходима по-висока якост без легиране на - съдове под налягане, крепежни елементи и тел със студена{1}}глава; Степен 4 също служи в хирургически инструменти по ASTM F67. Имайте предвид, че GB/T 3621 определя TA1-TA3 за степени 1-3; Степен 4 обикновено се доставя към обозначението ASTM.
| Степен | Обозначение GB/T | Якост на опън, min (MPa) | Граница на провлачване, min (MPa) | Удължение, min (%) | Типична употреба |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | TA1 | 240 | 170 | 24 | Дълбоко{0}}изтеглени части, топлообменни листове, аноди |
| 2 | TA2 | 345 | 275 | 20 | Химически съдове, тръбопроводи, морски хардуер - най-често срещани |
| 3 | TA3 | 450 | 380 | 18 | Съдове под налягане, компоненти с по-висока{0}}якост |
| 4 | - (няма директен TA еквивалент; предоставя се на ASTM) | 550 | 483 | 15 | Крепежни елементи, хирургически инструменти, студена-жица |
и близки до - сплави
сплавите запазват една -фазова структура от стайна температура до работна температура. Те не могат да бъдат укрепени чрез топлинна обработка; здравината им идва от втвърдяването на твърд разтвор, главно с алуминий и калай. Тяхната устойчивост на стайна-температура е под тази на + и сплави, но те предлагатнай-добра устойчивост на пълзене от всички семейства титан при 500-600 градуса, заедно със стабилна структура, добра устойчивост на окисляване, добра заваряемост и добра издръжливост при ниски-температури. Компромисите-са по-ниска пластичност и лошо представяне при студено щамповане.
TA7 (Ti-5Al-2.5Sn)е най-добрият-известен клас: средна якост, достатъчна закалена пластичност, добра заваряемост, дългосрочна-експлоатация до около 500 градуса и криогенна издръжливост до около -233 градуса. Възможни са кратки отклонения над 500 градуса, но трябва да се оцени окислителното образуване на котлен камък и кислородната крехкост за действителното натоварване.Близо до - сплавидобавете малки количества -стабилизиращи елементи (молибден, ниобий, силиций), за да повишите допълнително якостта на пълзене; Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo обслужва корпуси на реактивни двигатели и изпускателни канали, докато Ti-3Al-2.5V (клас 9) е стандартният титан за заварени хидравлични и аерокосмически тръби.
+ Сплави
+ сплавите поддържат дву-фазова структура и комбинират корозионното поведение на титана със значително по-висока якост. Повечето могат да бъдат подсилени чрез обработка с разтвор и стареене; те коват и заваряват добре, обработват разумно и поддържат добра издръжливост при ниски-температури заедно с устойчивост на корозия от морска вода и корозия от гореща-сол. Техният недостатък е по-ниската микроструктурна стабилност от сплавите при продължителна висока температура.
Ti-6Al-4V (TC4, клас 5) е най-широко използваната титаниева сплав в света.Отгрята минимална якост на опън е 895 MPa с 828 MPa добив (по ASTM B265), около 2,5 пъти по-голяма от якостта на степен 2 при същата плътност. Той обслужва структурни части на самолети, морски хардуер, химическо оборудване, спортни стоки и, във варианта ELI (клас 23), хирургически импланти съгласно ASTM F136. Бележка при производството: Ti-6Al-4V обикновено се формира горещо или свръхпластично; студеното формоване е ограничено до малки деформации поради пружинното връщане и тесния прозорец на пластичност.
Други + оценки следват същата GB/T логика:TC1 (Ti-2Al-1.5Mn)иTC2 (Ti-4Al-1.5Mn)за щамповани части, заварки и изковки под 400 градуса;TC6 (Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si)за структурни части на авиационни двигатели под около 450 градуса;TC9за дълготрайни-части под 500 градуса;TC10 (Ti-6Al-6V-2Sn)за части с по-висока{0}}якост под около 450 градуса.
и близки до - сплави
сплавите запазват тяло{0}}центрирана кубична структура при стайна температура и могат да стареят донай-високата якост на титана- типична якост на опън при стареене от 1100-1250 MPa - с дълбока закаляемост в дебели профили и добра издръжливост. Разходите са по-ниска устойчивост на пълзене от сплавите (дългосрочна експлоатация обикновено под 300-400 градуса), по-висока плътност от тежки легиращи елементи и по-взискателен контрол на процеса.
Представителни оценки:TB6 (Ti-10V-2Fe-3Al)за компоненти-на колесниците на самолети и крепежни елементи с висока-якост; Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al за ламаринени части и пружини; Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr за пружини, крепежни елементи и инструменти за спускане на дупки. В състояние, обработено с разтвор, сплавите се формират лесно, което прави сложните листови части практични преди стареене.
Типични приложения: колесник,-крепежни елементи и болтове с висока якост, пружини, инструменти за нефтени полета, хирургически инструменти.
Клас-до-Таблица за избор на приложение
| семейство | Примерни оценки (ASTM / GB) | Типична якост на опън (MPa) | Характер | Типични приложения | Дългосрочна{0}}експлоатационна температура |
|---|---|---|---|---|---|
| Търговски чист | Gr1-4 / TA1-TA3 | 240-550 (мин по ASTM B265) | Устойчивост на корозия, формоспособност, заваряемост | Химически завод, морски, обезсоляване, архитектура, аноди | ≈ 300-400 градуса |
| / близо до - | TA7 (Ti-5Al-2.5Sn), Gr9 (Ti-3Al-2.5V), Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | 620-900 (типичен диапазон) | Устойчивост на пълзене, заваряема, не подлежи на термична{0}}обработка | Корпуси на авиационни двигатели, тръбопроводи, хидравлични тръби, криогенни съдове | 500-600 градуса |
| + | Gr5 (Ti-6Al-4V, TC4), TC6, Gr23 (ELI) | 895-1,100 | Сила плюс издръжливост, терм{0}}обработваем | Аерокосмическа структура, медицински импланти (F136), морско, спортно оборудване | ≈ 400-450 градуса (Gr5) |
| / близо до - | TB6 (Ti-10V-2Fe-3Al), Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al | 1100-1250 (отлежало, типично) | Най-висока якост, дълбока закаляемост | Колесник,-крепежни елементи с висока якост, пружини, инструменти за спускане в дупки | ≈ 300-400 градуса |
Практически процес на подбор
За нов компонент вземете решението в пет стъпки, вместо първо да избирате позната оценка.
Определете средата.Запишете средата (морска вода, хлориди, киселини, окислителни или редуциращи), температурен диапазон, налягане, циклично натоварване и всяко галванично свързване. Средата решава дали е необходим CP титан, клас паладий (Gr7/Gr11) или легиран клас (Gr12); температурата решава дали изборът се движи от CP към или близо до - сплави.
Задайте механични цели.Посочете необходимата статична якост, издръжливост на умора, издръжливост на пълзене, якост на счупване и бюджет за тегло. Целите за сила натискат избора към + или сплави; мишените за пълзене го тласкат към и близо до - сплави; бюджетите за тегло предпочитат титана пред стоманата, когато съотношението якост-към-тегло е решаващо.
Проверете производствения път.Дълбокото изтегляне и тежкото студено формоване достигат степен 1 или 2; заварените конструкции предпочитат CP и степени; машинно обработени изковки и крепежни елементи предпочитат + или степени. Ранното потвърждаване на пътя на формоване и заваряване избягва клас, който е силен на хартия, но труден за изработка.
Сравнете разходите честно.Изградете сравнение на жизнения цикъл спрямо неръждаема стомана (304/316L), дуплексна неръждаема стомана и, където е приложимо, никелови сплави: цена на материала, скорост на обработка, корозия, интервал на поддръжка,-оперативни разходи и стойност на скрап. Титанът печели по отношение на устойчивост на хлорид, тегло и температурна способност - не на първа цена.
Заключете спецификацията.Напишете поръчката като стандарт + клас + състояние (отгрят, разтвор-третиран, разтвор-третиран и състарен) + покритие на повърхността + ниво на проверка. Изисквайте сертификат за изпитване на мелница с резултати от химичен анализ и механични тестове и посочете ултразвукова или-проверка с вихров ток, когато задължението го изисква.
Нашата продуктова гама
| Категория | Име на продукта | Общи спецификации (предлага се при поискване) | Ключови приложения | |
|---|---|---|---|---|
| Титаниева тръба | Безшевна титаниева тръба Заварена титаниева тръба |
ASTM B338 Gr1, Gr2, Gr5, Gr7, Gr9, Gr12 OD: 1 mm - 300 mm Дебелина на стената: 0,5 mm - 20 mm Стандарти: ASTM, ASME, DIN, JIS |
Топлообменници, кондензатори, химическа обработка, аерокосмическа, морска, медицински импланти | Вземете безплатна проба и оценка |
| Титанов лист/плоча | Титанов лист Титаниева плоча |
ASTM B265 Gr1, Gr2, Gr5, Gr7, Gr9, Gr12 Дебелина: 0,1 mm - 100 mm Ширина: до 2000 мм Условия: горещо валцувани, студено валцувани, отгряти |
Химически съдове, съдове под налягане, аерокосмически конструкции, морски хардуер, архитектурни облицовки, аноди | Вземете безплатна проба и оценка |
| Титаниева пръчка/пръчка | Титаниева кръгла лента Титанов шестоъгълник Титанов квадратен бар |
ASTM B348 Gr1, Gr2, Gr5, Gr7, Gr9, Gr12 Диаметър/сечение: 3 mm - 300 mm Дължина: според изискванията Форми: ковани, валцувани, струговани и полирани |
Крепежни елементи, части за клапани, валове на помпи, хирургически инструменти, спортно оборудване, автомобилни компоненти | Вземете безплатна проба и оценка |
| Титаниева тел | Титаниева намотка Прав титанов проводник Тел за заваряване |
ASTM B863 Gr1, Gr2, Gr5, Gr7, Gr9, Gr12 Диаметър: 0,1 mm - 10 mm Форми: Закален, Маринован Тегло на макарата: Възможност за персонализиране |
Заваръчен пълнител, 3D печат (телова дъга), пружини, мрежа, медицински скоби и конци, риболовни принадлежности | Вземете безплатна проба и оценка |
| Титаниева лента/фолио | Титаниева лента (бобина) Титаново фолио |
ASTM B265 Gr1, Gr2 Дебелина: 0,03 mm - 2.0 mm Ширина: до 600 мм Повърхност: ярка, матова, маринована |
Силфони, уплътнения, структури тип пчелна пита, топлинни щитове, части за прецизни инструменти, колектори на ток на батерии | Вземете безплатна проба и оценка |
Нашата фабрика
Нашата фабрика разполага със специално производствено съоръжение, оборудвано с модерни машини за обработка на титан. Разполагаме с пълен набор от оборудване, включително ковашки преси, мелници за горещо и студено валцуване, линии за изтегляне и заваряване на тръби, машини за изтегляне на пръти и тел и единици за повърхностна обработка. Това ни позволява да контролираме производствения процес от суровината до готовите продукти като листове, плочи, тръби, пръти и жици. Нашата работилница е в състояние да обработва-големи обеми поръчки, като същевременно поддържа постоянно качество в цялата ни продуктова гама.
Титаниева опаковка на продукта
Нашата опаковка е проектирана за максимална сигурност и международни стандарти. Ние използваме персонализирани дървени щайги за тежки плочи и пръти, с вътрешна водоустойчива обвивка и блокиране за предотвратяване на движение. Тръбите и намотките са сигурно опаковани в дървени кутии с подсилени ръбове и защитни капачки. За по-малки артикули като кабели и ленти използваме стандартни картонени кутии за износ с вътрешна пластмаса и влагоустойчиво запечатване. Всички пакети са ясно маркирани с подробности за продукта, тегло и инструкции за работа, за да се осигури безопасно пристигане. Можем също така да персонализираме методите на опаковане, като палетизиране или оптимизиране на контейнери, въз основа на конкретни изисквания за доставка и клиенти.
Обсъдете изискванията на вашия проект
ЧЗВ
Въпрос: Коя марка титан се използва най-често?
Степен 2 (TA2) е стандартната за корозионно обслужване - химически съдове, тръбопроводи и морски хардуер. За структурни приложения, където здравината има значение, Ti-6Al-4V (клас 5 / TC4) е най-широко използваната сплав.
В: Клас 5 сплав ли е?
Не. Ti-6Al-4V (клас 5 / TC4) е + сплав. Той притежава двуфазна структура, може да бъде подсилен чрез обработка с разтвор и стареене и се намира между сплави (най-добра устойчивост на пълзене) и сплави (най-висока якост).
Въпрос: Колко горещи могат да работят титаниевите компоненти?
Търговски чистите класове служат дългосрочно-до около 300-400 градуса. и почти сплавите се простират до 500-600 градуса с най-добра устойчивост на пълзене в семейството на титан. Над около 600 градуса доминират окисляването и кислородната крехкост; кратките екскурзии над проектния обхват се нуждаят от специална оценка.
В: Устойчив ли е титанът на корозия в морската вода?
да Самовъзстановяващият се-TiO₂ филм осигурява отлична устойчивост в морска вода и хлориди, включително имунитет към корозионното напукване при хлориден стрес, което може да засегне неръждаемите стомани. За работа с горещи пукнатини и редуциращи киселини стандартният избор са паладий-клас 7 или клас 11, или легиран клас 12.
В: Титанът магнитен ли е?
Не. Титанът и неговите сплави не са-магнитни, което ги прави подходящи за среда с ЯМР, прецизни инструменти и електронни корпуси.
Въпрос: Защо титанът е по-скъп от неръждаемата стомана?
Производството използва енергоемкия-процес на редукция на Kroll, а машинната обработка е бавна поради ниската топлопроводимост и закаляването при работа. По-високата първа цена е оправдана, когато теглото, корозионният живот, температурната способност или биосъвместимостта намаляват разходите за жизнения цикъл.
