Яка різниця між чистим титаном і титановим сплавом GR5?

Зазвичай використовуються марки титану

GR1 (Grade2) промисловий чистий титан

GR2 (Grade3) промисловий чистий титан

GR7 (11 клас) Ti-0.2Pd

GR10 (клас 12) Ti-0.3Mo-0.8Ni

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

Промисловий чистий титан за вмістом домішок поділяється на три марки: GR1, GR2 і GR3. Міжвузлові домішки цих трьох типів промислового чистого титану поступово збільшуються, тому їх механічна міцність і твердість також поступово зростають, але пластичність і в'язкість відповідно зменшуються.

Промислово чистий титан, який зазвичай використовується в промисловості, це GR2 через його помірну стійкість до корозії та комплексні механічні властивості. GR3 можна використовувати, коли потрібні підвищені вимоги до зносостійкості та міцності. GR1 можна використовувати, коли потрібна краща продуктивність формування.

GR1, GR2 і GR3 в національному стандарті відповідають Gr0, Gr1 і Gr2 в UNS.

GR1 і GR2 мають хорошу низькотемпературну в’язкість і високу низькотемпературну міцність, коли вміст заліза ω становить 0.095%, вміст кисню ω становить 0.{{10} }8%, вміст водню ω становить 0,0009%, а вміст азоту ω становить 0,0062%, і його можна використовувати як низькотемпературні конструкційні матеріали нижче -253 градусів.

Різниця між GR1 і GR2 полягає в тому, що останній має більший вміст заліза і кисню, тому міцність GR2 вища, ніж GR1.

GR5 представляє більшість низькотемпературних титанових сплавів. Зі зниженням температури її міцність збільшиться, але пластичність не сильно зміниться. Він зберігає хорошу пластичність і міцність при низьких температурах -196-253 градусів, уникаючи холодноламкості металу, що робить його ідеальним матеріалом для кріогенних контейнерів, ящиків для зберігання та іншого обладнання.

Існує багато марок і різновидів титанових сплавів, більше 100 видів. У промисловості доступно 40-50 типів, і лише дюжина з них найчастіше використовуються. До них належать різні промислові чисті титани та вибрані титанові сплави з різними смаками, такі як 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 і Ti-10V-2Fe{{ 33}}AL і Ti-0.20Pd, Ti-0.3Mo-0.8Ni тощо. Однак для більшості країн перші два важливі сплави (Ti-6 Al-4V; Ti-5Al-2.5Sn) є найбільш типовими та визнаними країнами в усьому світі.

Титанові сплави, як правило, називаються відповідно до їхньої структури, а саме титанові сплави (включаючи близькі до титанових сплавів), титанові сплави та (+) титанові сплави. У національних стандартах Китаю TA, TB і TC використовуються як префікси для позначення типу титанового сплаву, за якими йде число для позначення серійного номера сплаву. Наприклад, TA означає альфа-титановий сплав, титановий сплав GR6 – це сплав Ti5Al-2.5Sn; TB являє собою бета-титан. Сплав, TB2 – сплав Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al; TC означає сплав +, наприклад, титановий сплав GR5 є сплавом Ti-6Al-4V.

Альфа-титанові сплави містять переважно альфа-стабільні елементи. У стабільному стані при кімнатній температурі вони в основному є титановими сплавами альфа-фази, такими як промисловий чистий титан (GR1, GR2, GR3, GR4) і GR6 (Ti-5Al-5Sn). Альфа-титанові сплави в основному використовуються в хімічній, нафтохімічній і переробній промисловості. У цих галузях першочерговою мірою є стійкість до корозії та оброблюваність сплаву. Промисловий чистий титан (TA0-GR3 чотири типи), титановий сплав GR7, паладійвмісний сплав (GR7 титан-паладієвий сплав) і сплави, що містять невелику кількість молібдену та нікелю (GR10 титан-молібден-нікелевий сплав).

Поруч із титановим сплавом до цього типу титанового сплаву додається невелика кількість стабілізуючих елементів. У стабільному стані при кімнатній температурі відпалена структура містить невелику кількість фазових або інтерметалічних сполук, як правило, не більше 10%, таких як GR11 (Ti-8Al-1Mo-1 V ), який є титановим сплавом, розробленим у Сполучених Штатах для використання при високих температурах, але високий вміст алюмінію може спричинити проблеми з термічною сольовою корозією; GR15 (Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr) – це сплав BT20, розроблений у Росії. Титановий сплав GR11 подібний до титанового сплаву GR15. Останній зменшує вміст алюмінію та збільшує вміст цирконію, таким чином зберігаючи термостійкість і покращуючи корозію під впливом гарячої солі. + складний сплав GR13 (Ti-2.5CU) — це сплав IMI230, розроблений у Великобританії.

+ титановий сплав містить більше -стабілізуючих елементів і є титановим сплавом, що складається з і фаз у стабільному стані при кімнатній температурі. вміст зазвичай становить 10%-50%. + титановий сплав має середню міцність і може бути зміцнений термічною обробкою, але його зварювальні властивості погані. Залежно від молібденового еквівалента цей вид сплаву можна розділити на мартенситний і перехідний. Серед них типовий сплав Ti-6Al-4V був розроблений Water City Arsenal у Сполучених Штатах у 1954 році. Він широко використовується в аерокосмічній промисловості. На частку цього сплаву припадає 55%-65% виробництва титанового сплаву, і його можна використовувати для виробництва різноманітних аерокосмічних виробів великого розміру. Кування та деталі, сплав Ti-6Al-4V має чудові комплексні властивості, найбільш інтенсивно досліджується, використовується протягом найдовшого часу та має найширший діапазон застосувань. Таким чином, сплав зберіг сильну життєву силу з моменту свого народження півстоліття тому. Китайський бренд — GR5, підрозділ Timet американської компанії Titanium Metal — Ti-6Al-4V, американської Active Metal Company — RMI6Al4V, британської Titanium Company — IMI318, Росії — BT6, Sumitomo Японії — ST-Al40, а Франції — TA6V. Німеччина — LT31.

Додавання елементів до титанових сплавів виражається молібденовим еквівалентом [Mo1]ep та алюмінієвим еквівалентом [Al]ep: а майже титановий сплав [Mo1]ep дорівнює 12-13, [Al]ep дорівнює 5-8; + титановий сплав [Mo1] ep — 5-12, [Al] ep — 6-30; титановий сплав (метастабільний сплав) [Mo1] ep дорівнює 12-25, [Al] ep дорівнює 5-8. Дизайнерам більше підходить класифікація за інтенсивністю, яку можна розділити на низьку інтенсивність, нормальну інтенсивність, середню інтенсивність, високу інтенсивність і максимальну інтенсивність.

⑴Промисловий чистий титан

Промисловий чистий титан - це щільний металевий титан з вмістом титану не менше 99% і містить невелику кількість заліза, кисню, вуглецю, азоту, водню та інших домішок. Домішки, які мають найбільш очевидний вплив на механічні властивості чистого титану, це кисень, азот і залізо, особливо кисень. Реакція між воднем і титаном є оборотною. Основним впливом водню на характеристики титану є «воднева крихкість». Зазвичай обумовлюється, що вміст водню не повинен перевищувати 0.03%-0.05% водню. Хоча промисловий чистий титан має щільно упаковану гексагональну решітку ( ) при кімнатній температурі, його осьове співвідношення невелике (c/a=1.587) і має хорошу технологічність. Чистий титан має хорошу формувальність і зварювальні властивості і не чутливий до термічної обробки.

Промисловий чистий титан включено до міжнародного стандарту ISO5832-2-1999 як металевий матеріал для хірургічних імплантатів. Матеріали, які відповідають довгостроковим імплантатам, повинні мати наступні основні вимоги: стійкість до корозії, біосумісність, чудова міцність на розрив, стійкість до втоми та мати гарну в'язкість, еластичні абразивні інструменти, зносостійкість і задовільну ціну.

⑵ Корозійностійкий титановий сплав

Корозійностійкі титанові сплави придатні для використання в сильно корозійних середовищах, переважно в сплавах низької міцності. У неаерокосмічних областях в основному використовується перевага хорошої стійкості до корозії. Корозійностійкі титанові сплави покращують корозійну стійкість промислового чистого титану у відновних середовищах (таких як соляна кислота, сірчана кислота, фосфорна кислота, щавлева кислота та мурашина кислота). В даний час зрілий сплав титану молібдену, титану паладію, титану молібдену, нікелю, титану нікелю, титану танталу тощо.

Титано-молібденовий сплав був досліджений першим (у 1952 році). Має чудову стійкість до корозії при відновленні соляної кислоти. Сплав Ti-30Mo стійкий до кипіння 5% вугільної кислоти, кипіння 5% сірчаної кислоти, кипіння 10% фосфорної кислоти, кипіння 10% оцтової кислоти та кипіння 50% мурашиної кислоти, загальний максимум швидкість корозії становить 0.0254-0.0508 мм/год. Швидкість корозії чистого титану в 10% розчині сірчаної кислоти при 93,3 градуса досягає 38.{15}}.8 мм/год; Ti-30Mo сплав у Стійкість до корозії в окисних середовищах низька. Завдяки додаванню молібден-гафнієвого сплаву високої щільності виплавка, обробка та зварювання призведуть до певних повітряних катастроф. З титано-молібденових сплавів отримують корозійностійкі титанові сплави, такі як титан-молібден-ніобій, титан-молібден-цирконій і титан-молібден-паладій.

Титано-паладієвий сплав GR7 має чудову стійкість до корозії в окисних середовищах. Він також має певну корозійну стійкість до відновлювальних середовищ і може особливо підвищити свою стійкість до щілинної корозії в середовищах з високою концентрацією іонів хлориду. Титановий сплав GR7 містить 0.2% паладію. У 5% киплячій сірчаній кислоті титан-паладієвий сплав GR7 може знизити швидкість корозії з 48,26 мм/год (промисловий чистий титан) до 0.508 мм/год і збільшити стійкість до корозії приблизно в 95 разів. Сплав має хороші властивості обробки, формування та зварювання, але містить дорогоцінний метал паладій і є дорогим.

Бета-титановий сплав. Цей тип титанового сплаву містить достатньо бета-стабільних елементів. За відповідної швидкості охолодження структура кімнатної температури повністю є бета-фазою. Зазвичай його можна розділити на термічно оброблений бета-титановий сплав (метастабільний бета-титановий сплав) і стабільний бета-титан. сплав. Бета-титановий сплав, що піддається термічній обробці, має дуже хорошу технологічну пластичність в умовах загартування, його можна холодно формувати в пластини та досягати міцності на розрив при кімнатній температурі до 1300-1400 МПа за допомогою старіння.

Номінальний склад титан-молібден-нікелевого сплаву GR10 Ti-0.3Mo-0.8Ni. Це Ti-12 сплав, досліджений і розроблений Сполученими Штатами в середині-1970. Це титановий сплав, стійкий до щілинної корозії. Міцність на розрив сплаву при 300 градусах вдвічі вища, ніж у чистого титану, а його корозійна стійкість до відновних середовищ значно покращена. Щілинна корозія не виникає в хлориді при 150-200 градусі.

Температура використання титан-нікелевого сплаву (Ti-2Ni) у високотемпературному опріснювальному обладнанні може досягати приблизно 200 градусів.

Титан-танталовий сплав (Ti-5Ta) — це корозійно-стійкий титановий сплав типу азотної кислоти, який виробляється Росією під маркою сплаву 4204 та японською компанією Kobe Steel під маркою KS50Ta. Сплав має хороші технологічні характеристики та ефективність зварювання, а швидкість корозії в течій азотної кислоти при 100-200 ступені становить менше 0,1 мм/год. Він застосовувався в обладнанні для відновлення азотної кислоти та процесах переробки ядерного палива.

⑶Конструкційний титановий сплав

Низькоміцні титанові сплави, класифіковані за міцністю, в основному використовуються в корозійно-стійких середовищах, тоді як інші титанові сплави використовуються в конструкційних частинах, які називаються конструкційними титановими сплавами. Звичайні міцні титанові сплави (близько 500 МПа), в основному включаючи промисловий чистий титан, Ti-2Al-1.5Mn (TC1) і Ti-3Al-2.5V (GR18 ), отримали широке застосування. Завдяки своїм хорошим властивостям обробки та формуванню та зварюваності сплав використовується для виготовлення різних авіаційних пластин і гідравлічних труб, а також для велосипедів цивільного призначення. Типовим сплавом титанового сплаву середньої міцності (близько 900 МПа) є Ti-6Al-4V (GR5), який широко використовується в аерокосмічній промисловості титанових сплавів. Пластинчастий високоміцний титановий сплав має міцність на розрив при кімнатній температурі понад 1100 МПа. Він складається з майже титанового сплаву та метастабільного титанового сплаву. В основному він використовується для заміни високоміцної конструкційної сталі, яка зазвичай використовується в конструкціях літаків. Його типовими сплавами є Ti-13V- 11Cr-3Al, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn та Ti-10V-2Fe-3Al сплави тощо.

4. Жароміцний титановий сплав

Жаростійкий титановий сплав - це титановий сплав, придатний для тривалої експлуатації при більш високих температурах. Має високу миттєву і довговічну міцність у всьому діапазоні робочих температур. Він має гарну термічну стабільність, опір повзучості та пластичність при кімнатній температурі, а також має гарну стійкість до втоми при високій температурі. Він в основному використовується для виготовлення дисків, лопатей, кожухів повітрозабірників і компонентів літаків у компресорах. Жаростійкі титанові сплави були зміцненими твердим розчином типу + і титанових сплавів близького типу. Термостійкі титанові сплави типу +, які можуть працювати протягом тривалого часу при температурі нижче 500 градусів, містять більше -стабілізуючих елементів, а алюмінієвий еквівалент вище 6. Додавши відповідні бета-стабілізуючі елементи, сплав не тільки демонструє високу миттєву міцність при високих температурах, але й але також володіє достатньою пластичністю. Типові сплави включають GR5 (Ti-6Al-4V), TC6 (Ti-6Al-2.5Mo-2Cr-0.5 Fe -0.3Si) і TC11 (Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si). Жаростійкі титанові сплави -типу, що працюють протягом тривалого часу нижче 500 градусів, містять невелику кількість -стабілізуючих елементів. Алюмінієвий еквівалент майже весь вище 7, і сплав має більше фази в стані рівноваги, тому ці сплави мають більш високий опір повзучості та кращий опір втомі та міцність на руйнування вище 500 градусів. Оскільки сплав майже нульового типу має ці чудові комплексні властивості, він став основною системою жаростійких сплавів. Типовими сплавами є Ti-8Al-1Mo-1V (США Ti-811), Ti6Al-2Zr-1Mo-1 V (російський BT20), Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (американський Ti-6242) і Ti-5.5Al { {54}}.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si (UK IMI-829).

5. Низькотемпературний титановий сплав

Низькотемпературні титанові сплави - це і + титанові сплави, придатні для використання при низьких температурах. Цей тип сплаву збільшується при зниженні температури, і його міцність рідко знижується при зниженні температури, тому його можна використовувати як низькотемпературні конструкційні частини. Тенденція розвитку низькотемпературних титанових сплавів полягає у зниженні вмісту кисню з 0.2% (звичайний сорт) до 0.12% для утворення титанового сплаву з надзвичайно низьким зазором (ELI). Можна використовувати при наднизьких температурах (<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.