Характеристики титановые сплавы: Титан и его сплавы: свойства и сфера применения

alexxlab | 21.12.1989 | 0 | Разное

Титановые сплавы: обработка, свойства, применение, марки

Одним из самых распространенных элементов, который находится в земле, можно назвать титан. Согласно результатам проведенных исследований, он занимает 4-е место по степени распространенности, уступая лидирующие позиции алюминию, железу и магнию. Несмотря на столь большое распространение, титан стал использоваться в промышленности лишь в 20 веке. Титановые сплавы во многом повлияли на развитие ракетостроения и авиации, что связано с сочетанием малой плотности с высокой удельной прочностью, а также коррозионной стойкостью. Рассмотрим все особенности данного материала подробнее.

Титановые сплавы

Содержание

Общая характеристика титана и его сплавов

Именно основные механические свойства титановых сплавов определяют их большое распространение. Если не уделять внимание химическому составу, то все титановые сплавы можно охарактеризовать следующим образом:

1. Высокая коррозионная стойкость. Недостатком большинства металлов можно назвать то, что при воздействии высокой влажности на поверхности образуется коррозия, которая не только ухудшает внешний вид материала, но и снижает его основные эксплуатационные качества. Титан менее восприимчив к воздействию влажности, чем железо.
2. Хладостойкость. Слишком низкая температура становится причиной того, что механические свойства титановых сплавов существенно снижаются. Часто можно встретить ситуацию, когда эксплуатация при отрицательных температурах становится причиной существенного повышения хрупкости. Титан довольно часто применяется при изготовлении космических кораблей.
3. Титан и титановые сплавы имеют относительно низкую плотность, что существенно снижает вес. Легкие металлы получили широкое применение в самых различных отраслях промышленности, к примеру, в авиастроении, строительстве небоскребов и так далее.
4. Высокая удельная прочность и низкая плотность – характеристики, которые довольно редко сочетаются. Однако именно за счет подобного сочетания титановые сплавы сегодня получили самое широкое распространение.
5. Технологичность при обработке давлением определяет то, что сплав применяется часто в качестве заготовки при прессовании или другом виде обработки.
6. Отсутствие реакции на воздействие магнитного поля также назовем причиной, по которой рассматриваемые сплавы получили широкое применение. Часто можно встретить ситуацию, когда проводится производство конструкций, при работе которых образуется магнитное поле. Применение титана позволяет исключить вероятность возникновения связи.

Эти основные преимущества титановых сплавов определили их достаточно большое распространение. Однако, как ранее было отмечено, многое зависит от конкретного химического состава. Примером можно назвать то, что твердость изменяется в зависимости от того, какие именно вещества применяются при легировании.

Важно, что температура плавления может достигать 1700 градусов Цельсия. За счет этого существенно повышается устойчивость состава к нагреву, но также усложняется процесс обработки.

Виды титановых сплавов

Классификация титановых сплавов ведется по достаточно большому количеству признаков. Все сплавы можно разделить на несколько основных групп:

1. Высокопрочные и конструкционные – прочные титановые сплавы, которые обладают также достаточно высокой пластичностью. За счет этого они могут применяться при изготовлении деталей, на которые оказывается переменная нагрузка.
2. Жаропрочные с низкой плотностью применяются как более дешевая альтернатива жаропрочным никелевым сплавам с учетом определенного температурного интервала. Прочность подобного титанового сплава может варьироваться в достаточно большом диапазоне, что зависит от конкретного химического состава.
3. Титановые сплавы на основе химического соединения представляют жаропрочную структуру с низкой плотностью. За счет существенного снижения плотности вес также снижается, а жаропрочность позволяет использовать материал при изготовлении летательных аппаратов. Кроме этого с подобной маркой связывают также высокую пластичность.

Маркировка титановых сплавов проводится по определенным правилам, которые позволяют определить концентрацию всех элементов. Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных разновидностей титановых сплавов подробнее.

Сферы из титанового сплава

Рассматривая наиболее распространенные марки титановых сплавов, следует обратить внимание ВТ1-00 и ВТ1-0. Они относятся к классу технических титанов. В состав данного титанового сплава входит достаточно большое количество различных примесей, которые определяют снижение прочности. Однако за счет снижения прочности существенно повышается пластичность. Высокая технологическая пластичность определяет то, что технический титан можно получить даже при производстве фольги.

Очень часто рассматриваемый состав сплава подвергается нагартовке. За счет этого повышается прочность, но существенно снижается пластичность. Многие специалисты считают, что рассматриваемый метод обработки нельзя назвать лучшим, так как он не оказывает комплексного благоприятного воздействия на основные свойства материала.

Сплав ВТ5 довольно распространен, характеризуется применением в качестве легирующего элемента исключительно алюминия. Важно отметить, что именно алюминий считается самым распространенным легирующим элементом в титановых сплавах. Это связано с нижеприведенными моментами:

1. Применение алюминия позволяет существенно повысить модули упругости.
2. Алюминий также позволяет повысить значение жаропрочности.
3. Подобный металл один из самых распространенных в своем роде, за счет чего существенно снижается стоимость получаемого материала.
4. Снижается показатель водородной хрупкости.
5. Плотность алюминия ниже плотности титана, за счет чего введение рассматриваемого легирующего вещества позволяет существенно повысить удельную прочность.

В горячем состоянии ВТ5 хорошо куется, прокатывается и штампуется. Именно поэтому его довольно часто применяют для получения поковки, проката или штамповки. Подобная структура может выдержать воздействие не более 400 градусов Цельсия.

Титановый сплав ВТ22 может иметь самую различную структуру, что зависит от химического состава. К эксплуатационным особенностям материала можно отнести следующие моменты:

1. Высокая технологическая пластичность при обработке давлением в горячем состоянии.
2. Применяется для изготовления прутков, труб, плиты, штамповок, профиля.
3. Для сваривания могут использоваться все наиболее распространенные методы.
4. Важным моментом является то, что после завершения процесса сварки рекомендуется проводить отжиг, за счет чего существенно повышаются механические свойства получаемого шва.

Существенно повысить эксплуатационные качества титанового сплава ВТ22 можно путем применения сложной технологии отжига. Она предусматривает нагрев до высокой температуры и выдержки в течение нескольких часов, после чего проводится поэтапное охлаждение в печи также с выдержкой в течение длительного периода. После качественного проведения отжига сплав подойдет для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций, которые могут нагреваться до температуры более 350 градусов Цельсия. Примером можно назвать элементы фюзеляжа, крыла, детали системы управления или крепления.

Титановый сплав ВТ6 сегодня получил самое широкое распространение за рубежом. Назначение подобного титанового сплава заключается в изготовлении баллонов, которые могут работать под большим давлением. Кроме этого, согласно результатам проведенных исследований, в 50% случаев в авиакосмической промышленности применяется титановый сплав, который по своим эксплуатационным качествам и составу соответствует ВТ6. Стандарт ГОСТ сегодня практически не применяется за рубежом для обозначения титановых и многих других сплавов, что следует учитывать. Для обозначения применяется своя уникальная маркировка.

ВТ6 обладает исключительными эксплуатационными качествами по причине того, что в состав добавляется также ванадий. Этот легирующий элемент характеризуется тем, что повышает не только прочность, но и пластичность.

Данный сплав хорошо деформируется в горячем состоянии, что также можно назвать положительным качеством. При его применении получают трубы, различные профили, плиты, листы, штамповки и многие другие заготовки. Для сваривания можно применять все современные методы, что также существенно расширяет область применения рассматриваемого титанового сплава. Для повышения эксплуатационных качеств также проводится термическая обработка, к примеру, отжиг или закалка. На протяжении длительного времени отжиг проводился при температуре не выше 800 градусов Цельсия, однако результаты проведенных исследований указывают на то, что есть смысл в повышении показателя до 950 градусов Цельсия. Двойной отжиг зачастую проводится для повышения сопротивления коррозионному воздействию.

Внешний вид титановых сплавов

Также большое распространение получил сплав ВТ8. В сравнении с предыдущим он обладает более высокими прочностными и жаропрочными качествами. Достигнуть уникальных эксплуатационных качеств смогли за счет добавления в состав большого количества алюминия и кремния. Стоит учитывать, что максимальная температура, при которой может эксплуатироваться данный титановый сплав около 480 градусов Цельсия. Разновидностью этого состава можно назвать ВТ8-1. Его основными эксплуатационными качествами назовем нижеприведенные моменты:

1. Высокая термическая стабильность.
2. Низкая вероятность образования трещин в структуре за счет обеспечения прочных связей.
3. Технологичность при проведении различных процедур обработки, к примеру, холодной штамповки.
4. Высокая пластичность вместе с повышенной прочностью.

Для существенно повышения эксплуатационных качеств довольно часто проводится двойной изотермический отжиг. В большинстве случаев данный титановый сплав применяется при производстве поковок, прудков, различных плит, штамповок и других заготовок. Однако стоит учитывать, что особенности состава не позволяют проводить сварочные работы.

Применение титановых сплавов

Рассматривая области применения титановых сплавов отметим, что большая часть разновидностей применяется в авиационной и ракетостроительной сферах, а также в сфере изготовления морских судов. Для изготовления деталей авиадвигателей другие металлы не подходят по причине того, что при нагреве до относительно невысоких температур начинают плавиться, за счет чего происходит деформация конструкции. Также увеличения веса элементов становится причиной потери КПД.

Нож из титанового сплава

Применение титановых сплавов в медицине

Применим материал при производстве:

1. Трубопроводов, используемых для подачи различных веществ.
2. Запорной арматуры.
3. Клапанов и других подобных изделий, которые применяются в агрессивных химических средах.
4. В авиастроении сплав применяется для получения обшивки, различных креплений, деталей шасси, силовых наборов и других агрегатов. Как показывают результаты проводимых исследований, внедрение подобного материала снижает вес примерно на 10-25%.
5. Еще одной сферой применения является ракетостроение. Кратковременная работа двигателя, движение на большой скорости и вхождение в плотные слои становится причиной, по которой конструкция переживает серьезные нагрузки, способные выдержать не все материалы.
6. В химической промышленности титановый сплав применяется по причине того, что он не реагирует на воздействие различных веществ.
7. В судостроении титан хорош тем, что не реагирует на воздействие соленой воды.

В целом можно сказать, что область применения титановых сплавов весьма обширна. При этом проводится легирование, за счет чего существенно повышаются основные эксплуатационные качества материала.

Трубы из титановых сплавов

Термообработка титановых сплавов

Для повышения эксплуатационных качеств проводится термическая термообработка титановых сплавов. Данный процесс существенно усложняется по причине того, что перестроение кристаллической решетки поверхностного слоя проходит при температуре выше 500 градусов Цельсия. Для плавов марки ВТ5 и ВТ6-С довольно часто проводят отжиг. Время выдержки может существенно отличаться, что зависит от толщины заготовки и других линейных размеров.

Детали, изготавливаемые из ВТ14, на момент применения должны выдерживать температуру до 400 градусов Цельсия. Именно поэтому термическая обработка предусматривает закалку с последующим старением. При этом закалка требует нагрева среды до температуры около 900 градусов Цельсия, в то время как старение предусматривает воздействие среды с температурой 500 градусов Цельсия на протяжении более 12-и часов.

Индукционные методы нагрева позволяют проводить самые различные процессы термической обработки. Примером можно назвать отжиг, старение, нормализацию и так далее. Конкретные режимы термической обработки выбираются в зависимости от того, какие нужно достигнуть эксплуатационные характеристики.

Сплавы для медицинских применений на основе β-титана | Страумал

1. Kawahara H. Cytotoxicity of implantable metals and alloys. Bull. Jpn. Inst. Met. Mater. 1992. Vol. 31. P. 1033—1039.

2. Okazaki Y., Ito Y., Ito A., Tateishi T. Effect of alloying elements on mechanical properties of titanium alloys for medical implants. J. Jpn. Inst. Met. Mater. 1993. Vol. 57. P. 332—337.

3. Yamamoto A., Honma R., Sumita M. Cytotoxicity evaluation of 43 metal salts using murine fibroblasts and osteoblastic cells. J. Biomed. Mater. Res. 1998. Vol. 39. P. 331—340.

4. Yamamuro T. Patterns of osteogenesis in relation to various biomaterials. J. Jpn. Soc. Biomater. 1989. Vol. 7. P. 19—23.

5. Steinemann S.G. Corrosion of surgical implants—In vivo and in vitro tests. In: Evaluation of Biomaterials (Eds. Winter G.D., Leray J.L., de Groot K.). N.Y.: John Wiley and Sons, 1980. P. 1—34.

6. Niinomi M. Development of high biocompatible titanium alloys. Func. Mater. 2000. Vol. 20. P. 36—44.

7. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. М.: ВИЛС—МАТИ, 2009.

8. Колачев Б.А. Физическое металловедение титана. М.: Металлургия, 1976.

9. Колачев Б.А., Елисеев Ю.С., Братухин А.Г., Талалаев В.Д. Титановые сплавы в конструкциях и производстве авиадвигателей и авиационно-космической техники. М.: МАИ, 2001.

10. Колачев Б.А., Бецофен С.Я., Бунин Л.А., Володин В.А. Физико-механические свойства легких конструкционных сплавов. М.: Металлургия, 1995.

11. Колачев Б.А., Лясоцкая В.С. Корреляция между диаграммами изотермических и анизотермических превращений и фазовыми диаграммами состояния для упрочненных титановых сплавов. Металловедение и термическая обработка металлов. 2003. No. 4. C. 3—9.

12. Егорова Ю.Б., Ильин А.А., Колачев Б.А., Носов В.К., Мамонов А.М. Влияние структуры на обрабатываемость резанием титановых сплавов Металловедение и термическая обработка металлов. 2003. No. 4. C. 16—21.

13. Колачев Б.А., Вейцман М.Г., Гуськова Л.Н. Структура и механические свойства отожженных α+β-титановых сплавов Металловедение и термическая обработка металлов. 1983. No. 8. C. 54—57.

14. Фишгойт А.В., Майстров В.М., Ильин А.А, Розанов М.А. Взамодействие коротких трещин со структурой металлов. Физико-химическая механика материалов.

15. No. 6. C. 24—27.

16. Okazaki Y., Gotoh E. Comparison of metal release from various metallic biomaterials in vitro. Biomaterials. 2005. Vol. 26. P. 11—21.

17. Teoh S.H. Fatigue of biomaterials: A review. Int. J. Fatigue. 2000. Vol. 22. P. 825—837.

18. Niinomi M. Deformation of NiTiCu shape memory single crystals in compression. Met. Mater. Trans. A. 2001. Vol. 32. P. 477—486.

19. Niinomi M. Mechanical properties of biomedical titanium alloys. Mater. Sci. Eng. A. 1998. Vol. 243. P. 231—236.

20. Machara K., Doi K., Matsushita T., Susaki Y. Application of vanadium-free titanium alloys to artificial hip joints. Mater. Trans. 2002. Vol. 43. P. 2936—2942.

21. Boehlert C., Niinomi M., Ikedu M. Improvement in fatigue characteristics of newly developed beta type titanium alloy for biomedical applications by thermo-mechanical treatments. Mater. Sci. Eng. C. 2005. Vol. 25. P. 247—252.

22. Kirby R.S., Heard S.R., Miller P., Eardley I., Holmes S., Vale J., Liu B.S. Use of the ASI titanium stent in the management of bladder outflow obstruction due to benign prostatic hyperplasia. J. Urol. 1992. Vol. 148. P. 1195—1197.

23. Nag S., Banerjee R., Fraser H.L. Microstructural evolution and strengthening mechanisms in Ti—Nb—Zr—Ta, Ti—Mo—Zr—Fe and Ti—15Mo biocompatible alloys. Mater. Sci. Eng. C. 2005. Vol. 25. P. 357—362.

24. Wapner K.L. Implications of metallic corrosion in total knee arthroplasty. Clin. Orthop. Relat. Res. 1991. Vol. 271. P. 12—20.

25. Eisenbarth E., Velten D., Müller M., Thull R., Breme J. Biocompatibility of beta-stabilizing elements of titanium alloys. Biomaterials. 2004. Vol. 25. P. 5705—5713.

26. Miller P.D., Holladay J.W. Friction and wear properties of titanium. Wear. 1958/59. Vol. 2. P. 133—140.

27. Liang Jr. P.G., Ferguson Jr. E.S., Hodge E.S. Tissue reaction in rabbit muscle exposed to metallic implants. J. Biomed. Mater. Res. 1967. Vol. 1. P. 135—149.

28. Kuan T.S., Ahrens R.R., Sass S.L. The stress-induced omega phase transformation in Ti—V alloys. Metall. Trans. A. 1975. Vol. 6. P. 1767—1774.

29. Zhao X.F., Niinomi M., Nakai M., Hieda J., Ishimoto T., Nakano T. Optimization of Cr content of metastable β-type Ti—Cr alloys with changeable Young’s modulus for spinal fixation applications. Acta Biomater. 2012. Vol. 8. P. 2392—2400.

30. Zhao X.L., Niinomi M., Nakai M. Relationship between various deformation-induced products and mechanical properties in metastable Ti—30Zr—Mo alloys for biomedical applications. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2011. Vol. 4. P. 2009—2016.

31. Kilmametov A., Ivanisenko Yu., Mazilkin A.A., Straumal B.B., Gornakova A.S., Fabrichnaya O.B., Kriegel M.J., Rafaja D., Hahn H. The α→ω and β→ω phase transformations in Ti—Fe alloys under high-pressure torsion. Acta Mater. 2018. Vol. 144. P. 337—351.

32. Straumal B.B., Kilmametov A.R., Ivanisenko Yu., Gornakova A.S., Mazilkin A.A., Kriegel M.J., Fabrichnaya O.B., Baretzky B., Hahn H. Phase transformations in Ti—Fe alloys induced by high pressure torsion. Adv. Eng. Mater. 2015. Vol. 17. P. 1835—1841.

33. Kriegel M.J., Kilmametov A., Klemm V., Schimpf C., Straumal B.B., Gornakova A.S., Ivanisenko Yu., Fabrichnaya O., Hahn H., Rafaja D. Thermal stability of athermal ω-Ti(Fe) produced upon quenching of β-Ti(Fe). Adv. Eng. Mater. 2019. Vol. 21. No. 1800158.

34. Kilmametov A.R., Ivanisenko Yu., Straumal B.B., Gornakova A.S., Mazilkin A.A., Hahn H. The α → ω transformation in titanium-cobalt alloys under high-pressure torsion. Metals. 2018. Vol. 8. P. 1—12.

35. Song Y., Xu D.S., Yang R., Li D., Wu W.T., Guo Z.X. Theoretical study of the effects of alloying elements on the strength and modulus of β-type bio-titanium alloys. Mater. Sci. Eng. A. 1999. Vol. 260. P. 269—274.

36. Niinomi M., Nakai M., Hieda J. Development of new metallic alloys for biomedical applications. Acta Biomater. 2012. Vol. 8. P. 3888—3903.

37. Sakaguchi N., Niinomi M., Akahori T., Takeda J., Toda H. Relationships between tensile deformation behavior and microstructure in Ti—Nb—Ta—Zr system alloys. Mater. Sci. Eng. C. 2005. Vol. 25. P. 363—369.

38. Hanada S., Ozaki T., Watanabe T.S., Yoshimi K., Abumiya T. Composition dependence of Young’s modulus in beta titanium binary alloys. Mater. Sci. Forum. 2003. Vol. 426—432. P. 3103—3108.

39. Li S.J., Yang R., Li S., Hao Y.L., Cui Y.Y., Niinomi M., Guo Z.X. Wear characteristics of Ti—Nb—Ta—Zr and Ti—6Al—4V alloys for biomedical applications. Wear. 2004. Vol. 257. P. 869—876.

40. Long M., Rack H.J. Titanium alloys in total joint replacement — a materials science perspective. Biomaterials. 1998. Vol. 19. P. 1621—1639.

41. Tang X., Ahmed T., Rack H.J. Phase transformations in Ti—Nb—Ta and Ti—Nb—Ta—Zr alloys. J. Mater. Sci. 2000. Vol. 35. P. 1805—1811.

42. Niinomi M. Mechanical properties of biomedical titanium alloys. Mater. Sci. Eng. A. 1998. Vol. 243. P. 231—236.

43. Wang K., Gustavson L., Dumbleton J. The characterization of Ti—12Mo—6Zr—2Fe. A new biocompatible titanium alloy developed for surgical implants. In: Beta titanium in the 1990s. Warrendale, Pennsylvania. The Mineral, Metals and Materials Society. 1993. P. 2697—2704.

44. Steinemann S.G., Mausli P.A., Szmukler-Moncler S., Semlitsch M., Pohler O., Hintermann H.E. Beta-titanium alloy for surgical implants. In: Beta titanium in the 1990s. Warrendale, Pennsylvania. The Mineral, Metals and Materials Society. 1993. P. 2689—2696.

45. Fanning J.C. TIMETAL21SRx. In: Titanium 95’. Science and Тechnology. 1996. P. 1800—1807.

46. Mishra A.K., Davidson J.A., Kovacs P., Poggie R.A. Ti— 13Nb—13Zr: A new low modulus, high strength, corrosion resistant near-beta alloy for orthopaedic implants. In: Beta titanium in the 1990s. Warrendale, Pennsylvania. The Mineral, Metals and Materials Society. 1993. P. 61—66.

47. Morinaga M, Yukawa N, Maya T, Sone K, Adachi H. Theoretical design of titanium alloys. In: Proc. 6-th World Conf. on Titanium. Société Française de Méetallurgie, 1988. Р. 1601—1606.

48. Kuroda D., Niinomi M., Morinaga M. , Kato Y., Yashiro T. Design and mechanical properties of new beta-type titanium alloys for implant materials. Mater. Sci. Eng. A. 1998. Vol. 243. P. 244—249.

49. Song Y., Yang R., Lia D., Hub Z., Guo Z. Calculation of bulk modulus of titanium alloys by first principles electronic structure theory. J. Comput.-Aid. Mater. Des. 1999. Vol. 6. P. 355—362.

50. Zhao X.F., Niinomi M., Nakai M., Hieda J. Optimization of Cr content of metastable β-type Ti—Cr alloys with changeable Young’s modulus for spinal fixation applications. Acta Biomater. 2012. Vol. 8. P. 2392—2400.

51. Liu H.H., Niinomi M., Nakai M., Hieda J., Cho K. Deformation- induced changeable Young’s modulus with high strength in β-type Ti—Cr—O alloys for spinal fixture. J. Mech. Behav. Biomed. 2014. Vol. 30. P. 205—213.

52. Zhao X.L., Niinomi M., Nakai M., Ishimoto T., Nakano T. Development of high Zr-containing Ti-based alloys with low Young’s modulus for use in removable implants. Mater. Sci. Eng. C. 2011. Vol. 31. P. 1436—1444.

53. Zhao X.L., Niinomi M., Nakai M., Miyamoto G., Furuhara T. Microstructures and mechanical properties of metastable Ti—30Zr—(Cr, Mo) alloys with changeable Young’s modulus for spinal fixation applications. Acta Biomater. 2011. Vol. 7. P. 3230—3236.

54. Kobayashi E., Matsumoto S., Doi H., Yoneyama T., Hamanaka H. Mechanical-properties of the binary titanium- zirconium alloys and their potential for biomedical materials. J. Biomed. Mater. Res. 1995. Vol. 29. P. 943—950.

55. Takahashi M., Kobayashi E., Doi H., Yoneyama T., Hamanaka H. Phase stability and mechanical properties of biomedical β-type titanium-zirconium based alloys containing niobium. J. Jpn. Inst. Metals. 2000. Vol. 64. P. 1120—1126.

56. Yang G.J., Zhang T. Phase transformation and mechanical properties of the Ti50Zr30Nb10Ta10 alloy with low modulus and biocompatible. J. Alloys Compd. 2005. Vol. 392. P. 291—294.

57. Kobayashi E., Doi H., Yoneyama T., Hamanaka H., Matsumoto S. , Kudaka K. Evaluation of mechanical properties of dental-cast Ti—Zr based alloys. J. Dent. Mater. 1995. Vol. 14. P. 321—328.

58. Hieda J., Niinomi M., Nakai M., Kamura H., Tsutsumi H., Hanawa T. Improvement of adhesive strength between Ti—29Nb—13Ta—4.6Zr alloy and segmented polyurethane through h3O2 treatment for biomedical applications. J. Biomed. Mater. Res. B. 2013. Vol. 101B8. P. 776—783.

59. Ikeda M., Ueda M., Kinoshita T., Ogawa M., Niinomi M. Influence of Fe content of Ti—Mn—Fe alloys on phase constitution and heat treatment behavior. Mater. Sci. Forum. 2012. Vol. 706-709. P. 1893—1898.

60. Santos P.F., Niinomi M., Cho K., Liu H., Nakai M., Narushima T., Ueda K., Itoh Y. Effects of Mo addition on the mechanical properties and microstructures of Ti—Mn alloys fabricated by metal injection molding for biomedical applications. Mater. Trans. 2017. Vol. 58. P. 271—279.

61. Ikeda M., Ueda M., Matsunaga R., Niinomi M. Phase constitution and heat treatment behavior of Ti—7 mass. % Mn—Al alloys. Mater. Sci. Forum. 2010. Vol. 654-656. P. 855—858.

62. Hatanaka S., Ueda M., Ikeda M., Niinomi M. Isothermal aging behaviour in Ti—10Cr—Al alloys for medical applications. Adv. Mater. Res. 2010. Vol. 89-91. P. 232—237.

63. Ikeda M., Sugano D. The effect of aluminum content on phase constitution and heat treatment behavior of Ti—Cr—Al alloys for healthcare applications. Mater. Sci. Eng. C. 2005. Vol. 25. P. 377—381.

64. Ashida S., Kyogaku H., Hosoda H. Fabrication of Ti—Sn—Cr shape memory alloy by PM and its properties. Mater. Sci. Forum. 2012. Vol. 706-709. P. 1943—1947.

65. Murayama Y., Sasaki S. Mechanical properties of Ti— Cr—Sn—Zr alloys. Bull. Niigata Inst. Tech. 2009. Vol. 14. P. 1—8.

66. Kasano Y., Inamura T., Kanetaka H., Miyazaki S., Hosoda H. Phase constitution and mechanical properties of Ti—(Cr, Mn)—Sn biomedical alloys. Mater. Sci. Forum. 2010. Vol. 654-656. P. 2118—2121.

67. Nakai M., Niinomi M., Zhao X.F., Zhao X.L. Self-adjustment of Young’s modulus in biomedical titanium alloy during orthopaedic operation. Mater. Lett. 2011. Vol. 65. P. 688—690.

68. Thomas J., Mogonye J.E., Mantri S.A., Choudhuri D., Banerjee R., Scharf T.W. Additive manufacturing of compositionally graded laser deposited titanium-chromium alloys. Additive Manufacturing. 2020. Vol. 33. No. 101132.

69. Nagase T., Iijima Y., Matsugaki A., Ameyama K., Nakano T. Design and fabrication of Ti—Zr—Hf—Cr—Mo and Ti—Zr—Hf—Co—Cr—Mo high entropy alloys as metallic biomaterials. Mater. Sci. Eng. C. 2020. Vol. 107. No. 110322.

70. Geetha M., Singh A.K., Muraleedharan K., Gogia A.K., Asokamani R. Effect of thermomechanical processing on microstructure of a Ti—13Nb—13Zr alloy. J. Alloys Compd. 2001. Vol. 329. P. 264—271.

71. Geetha M., Singh A.K., Gogia A.K., Asokamani R. Effect of thermomechanical processing on evolution of various phases in Ti—Nb—Zr alloys. J. Alloys Compd. 2004. Vol. 384. P. 131—144.

72. Straumal B.B., Gornakova A.S., Kucheev Y.O., Baretzky B., Nekrasov A.N. Grain boundary wetting by a second solid phase in the Zr—Nb alloys. J. Mater. Eng. Perf. 2012. Vol. 21. P. 721—724.

73. Страумал Б.Б., Бокштейн Б.С., Страумал А.Б., Пете- лин А.Л. Первое наблюдение фазового перехода сма- чивания в малоугловых границах зерен. Письма в ЖЭТФ. 2008. Т. 88. С. 615—620.

74. Когтенкова О.А., Страумал Б.Б., Протасова С.Г., Горнакова А.С., Земба П., Чеппе Т. Влияние смачивания границ зерен на процесс образования твердого раствора в системе Al—Zn. Письма в ЖЭТФ. 2012. Vol. 96. P. 419—423.

75. Страумал Б.Б., Когтенкова О.А., Колесникова К.И., Страумал A.Б., Булатов М.Ф., Некрасов А.Н. Реверсивное «смачивание» границ зерен второй твердой фазой в системе Cu—In. Письма в ЖЭТФ. 2014. Т. 100. С. 596—600.

76. Straumal B.B., Kilmametov A.R., Ivanisenko Yu., Gornakova A.S., Mazilkin A.A., Kriegel M.J., Fabrichnaya O.B., Baretzky B., Hahn H. Phase transformations in Ti—Fe alloys induced by high pressure torsion. Adv. Eng. Mater. 2015. Vol. 17. P. 1835—1841.

77. Горнакова А.С., Прокофьев С.И., Страумал Б.Б., Колесникова К. И. Рост зернограничной прослойки (α-Ti) в сплавах Ti—Co. Известия вузов. Цветная металлургия. 2016. No. 5. С. 69—77.

78. Gornakova A.S., Straumal B.B., Nekrasov A.N., Kilmametov A., Afonikova N.S. Grain boundary wetting by a second solid phase in Ti—Fe alloys. J. Mater. Eng. Perform. 2018. Vol. 27. P. 4989—4992.

79. Gornakova A.S., Straumal A.B., Khodos I.I., Gnesin I.B., Mazilkin A.A., Afonikova N.S., Straumal B.B. Effect of composition, annealing temperature and high pressure torsion on structure and hardness of Ti—V and Ti—V—Al alloys. J. Appl. Phys. 2019. Vol. 125. No. 082522.

80. Gornakova A.S., Straumal B.B., Prokofiev S.I. Coarsening of (αTi)+(βTi) microstructure in the Ti—Al—V alloy at constant temperature. Adv. Eng. Mater. 2018. Vol. 20. No. 1800510.

81. Niinomi M. Trend and present state of titanium alloys with body centered structure for biomedical applications. Bull ISIJ. 2010. Vol. 15. P. 661—670.

82. Niinomi M., Fukui H., Hattori T., Kyo K., Suzuki A. Development of high biocompatible titanium alloy. Materia Jpn. 2002. Vol. 41. P. 221—223.

83. Yilmazer H., Niinomi M., Nakai M., Hieda J., Todaka Y., Miyazaki T. Mechanical properties of a medical β-type titanium alloy with specific microstructural evolution through high pressure torsion. Mater. Sci. Eng. C. 2013. Vol. 33. P. 2499—2507.

84. Akahori T., Niinomi M., Fukui H., Ogawa M., Toda H. Improvement in fatigue characteristics of newly developed beta type titanium alloy for biomedical applications by thermo-mechanical treatments. Mater. Sci. Eng. C. 2005. Vol. 25. P. 248—254.

85. Nakai M., Niinomi M., Oneda T. Improvement in fatigue strength of biomedical β-type Ti—Nb—Ta—Zr alloy while maintaining low Young’s modulus through optimizing ω-phase precipitation. Met. Mater. Trans. A. 2012. Vol. 43. P. 294—302.

86. Song X., Niinomi M., Tsutsumi H., Akahori T., Nakai M., Yonezawa S., Wang L. Effect of Y2O3 on mechanical properties of Ti—29Nb—13Ta—4.6Zr for biomedical applications. Mater. Sci. Forum. 2010. Vol. 654-656. P. 2142—2145.

87. Liu H., Niinomi M., Nakai M., Obara S., Fujii H. Improved fatigue properties with maintaining low Young’s modulus achieved in biomedical beta-type titanium alloy by oxygen addition. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 704. P. 10—17.

88. Geng F., Niinomi M., Nakai M. Observation of yielding and strain hardening in a titanium alloy having high oxygen content. Mater. Sci. Eng. A. 2011. Vol. 528. P. 5435—5445.

89. Liu H., Niinomi M., Nakai M., Cong X., Cho K., Boehlert C.J., Khademi V. Abnormal deformation behavior of oxygen-modified β-type Ti—29Nb—13Ta—4.6Zr alloys for biomedical applications. Met. Mater. Trans. A. 2017. Vol. 48. P. 139—149.

90. Yilmazer H., Niinomi M., Nakai M., Huihong L., Cho K., Todaka Y., Shiku H., Matsue T. Developing biomedical nano-grained β-type titanium alloys using high pressure torsion for improved cell adherence. RSC Adv. 2016. Vol. 6. P. 7426—7430.

91. Zhao X., Niinomi M., Nakai M. , Hieda J., Ishimoto T., Nakano T. Optimization of Cr content of metastable β-type Ti—Cr alloys with changeable Young’s modulus for spinal fixation applications. Acta Biomater. 2012. Vol. 8. P. 2392—2400.

92. Santos P.F., Niinomi M., Cho K., Nakai M., Liu H., Ohtsu N., Hirano I.M., Narushima T. Microstructures, mechanical properties and cytotoxicity of low cost beta Ti—Mn. Acta Biomater. 2015. Vol. 26. P. 366—376.

93. Hattori T., Ito N., Morikawa K., Sato K., Akahori T., Niinomi M. Animal study on biocompatibility of Ti—29Nb— 13ta—4.6Zr titanium alloy. Bone tissue reaction and metal ion release in femoral head replacement of sheep. In: Proc. 2-nd European Conf. on Biomaterials. 2009.

94. Niinomi M., Nakai M. Titanium-based biomaterials for preventing stress shielding between implant devices and bone. Int. J. Biomater. 2011. Vol. 2011. P. 1—10.

95. Ishikura K., Hattori T., Akahori T., Niinomi M. Mechanical properties and biocompatibility of low cost β type Ti—Mn system binary alloys for biomedical applications. J. Jpn Inst. Met. Mater. 2013. Vol. 77(7). P. 253—258.

Титановые сплавы: свойства, классификация, применение

СОДЕРЖАНИЕ

• Общая характеристика титана и его сплавов
• Применение титановых сплавов
• Классификация и маркировка титановых сплавов
• Технология производства сплавов титана
• Термообработка титановых сплавов

Что это такое? Титановые сплавы представляют собой металлические соединения с легирующими добавками. По многим механическим и химическим свойствам они превосходят нержавеющую сталь.

Где применяются? Титановые сплавы востребованы в производстве ответственных деталей для авиации, машиностроения и космической промышленности. К сожалению, сложность добычи и высокая стоимость ограничивают их использование.

Общая характеристика титана и его сплавов

Титан занимает важное место в современной промышленности. Без него не обходится практически ни одно инновационное производство, где детали подвергаются повышенной нагрузке и агрессивному воздействию.

Например, титан применяется в ракетостроении, авиации, медицине. Он считается одним из самых распространенных металлов на земле и уступает по процентному содержанию в почве только алюминию, железу и магнию.

Титановые сплавы отличаются малой плотностью, хорошей удельной прочностью и стойкостью к неблагоприятным условиям окружающей среды.

Эксплуатационные свойства металла определяют популярность его применения в разных промышленных отраслях. Титан обладает следующими характеристиками:

1. Хорошая устойчивость к коррозии. Сплав не подвержен влиянию влаги, которая является причиной разрушения многих металлов. Детали из титана используют при работе в воде, с кислотами и в прочих неблагоприятных условиях.
2. Хладостойкость. Из-за критически низких температур механические свойства титана снижаются. Постоянное применение в холодных условиях деталей из этого металла повышает его хрупкость. Титан обширно используется в строительстве космических кораблей.
3. Легковесность. Из-за невысокой плотности титана детали из него обладают малым весом. Данное свойство металла нашло свое использование в производстве самолетов, строительстве небоскребов и других сферах.
4. Высокая удельная прочность и низкая плотность. Данное необычное сочетание свойств определило использование сплава во многих промышленных производствах.
5. Пластичность. Металл не разрушается при воздействии давления, поэтому титановые заготовки используют при производстве деталей методом прессования и в других технологиях.
6. Немагнитность. Металл не реагирует на магнитные волны, что определяет его использование при производстве разных деталей и конструкций, которые не должны образовывать магнитного поля.

Читайте также: «Высокоуглеродистая сталь»

Обозначенные свойства стали причиной популярности этого металла во многих отраслях промышленности. Большое значение также имеет конкретный химический состав сплава. Например, твердость металла зависит от легирующих компонентов.

При обработке титана используют очень большой нагрев – до 1 700 градусов Цельсия. Это повышает стойкость справа к увеличению температуры.

Существует обширная таблица титановых сплавов. Все многообразие можно поделить на несколько групп:

• Высокопрочные и конструкционные титановые сплавы. Они пластичные и подходят для производства элементов, подвергающихся переменной нагрузке.
• Жаропрочные с небольшой плотностью
  . По стоимости они ниже никелевых сплавов и имеют большой температурный диапазон, при котором металл остается прочным и не теряет своих свойств. Большое значение имеет химический состав титанового сплава.
• Сплавы на основе титана с другими химическими соединениями обладают устойчивостью к высоким температурам и малой плотностью. Эти свойства объясняют низкий вес металла, поэтому он подходит для выпуска летательных аппаратов. Данная марка титана отличается хорошей пластичностью, что необходимо для сложных форм изделий.

Применение титановых сплавов

Материал чаще всего используется в авиации и строительстве ракет, при изготовлении морских кораблей. Детали авиадвигателей во время работы сильно нагреваются, и никакие металлы, кроме титана, не могут выдерживать подобную нагрузку. Высокая температура приводит к плавлению стальных изделий, чего не случается с титановыми сплавами. Малая плотность и легкий вес сплава также необходимы для летательных аппаратов, так как эти характеристики напрямую влияют на функционирование изделий.

Титан используют в производстве:

• труб, пропускающих различные вещества;
• запорной арматуры;
• клапанов и прочих элементов, применяемых в неблагоприятных условиях;
• обшивки, крепежных элементов, компонентов шасси и других деталей летательных аппаратов, что объясняется малым весом, которым обладает данный металл;
• конструкций, двигателей для ракет по причине хорошей переносимости титаном высоких перепадов атмосферного давления, температур и прочих перегрузок;
• резервуаров и рабочих деталей в химической промышленности, что объясняется способностью титана не вступать в реакции с другими веществами;
• деталей и конструкций в судостроении, так как сплав невосприимчив к соленой воде.

Титановые сплавы применяются в разнообразной деятельности промышленных предприятий. Повысить и активизировать главные свойства металла помогает легирование разнообразными добавками.

Классификация и маркировка титановых сплавов

В химической системе Менделеева элемент титан (Ti) расположен под 22 номером. Его важнейшим свойством является четырехвалентность. Температура плавления составляет +1 168 °С, кипения – +33 300 °С. Есть два типа титановых сплавов:

• Низкотемпературная альфа-модификация, которая существует до температуры +882,5 °С.
• Высокотемпературная бета-модификация – устойчива до температуры плавления.

Титан и титановые сплавы относятся к парамагнитным материалам. При нагревании их восприимчивость к температуре снижается. Материал характеризуется высокими удельным электросопротивлением – 42·10-8–80·10-6 Ом·см. В условиях, когда температура опускается ниже 0,45 К, металл превращается в проводник. Внешне он напоминает сталь.

По удельной теплоемкости и плотности титан находится между алюминием и железом. При этом его механическая прочность практически в 13 раз превышает чистое железо и в 6 раз – алюминий.

Выделенный титан присутствует в виде альфа-фазы при нагреве более 883 ?C и в виде бета-фазы при параметрах ниже 883 ?C. Термические показатели, при которых альфа-титан переходит в фазу бета, называются температурой бета-трансуса. С целью стабилизации определенной фазы в сплав добавляют легирующие компоненты.

Стабилизации альфа-фазы можно добиться с помощью алюминия (Al), галлия (Ga), азота (N), кислорода (O).

Фиксацию бета-фазы обеспечивают молибден (Mo), ванадий (V), вольфрам (W), тантал (Ta), кремний (Si).

Читайте также: «Аустенитная сталь»

По типу фазы все производные титана делятся на несколько групп:

1. Коммерчески чистые и низколегированные сплавы: включают зерна-фазы и дисперсные частицы-сферы бета-фаз. Добавка железа стабилизирует бета-фазу, создает материал с невысокой механической прочностью и устойчивостью к коррозии.
2. Титановые альфа-сплавы: преобладает альфа-фаза. Для легирования используют алюминий, он обеспечивает стабилизацию. Сплав имеет достаточную вязкость и сопротивление ползучести, небольшую прочность к механическим нагрузкам, невосприимчив к высоким температурам. Металл просто сварить, но функциональность в нагретом виде значительно снижается.
3. Титановые альфа-бета-сплавы: включают 4-6 % стабилизаторов вета-фазы и альфа-фазы. Их обрабатывают при высокой температуре, при этом металл выдерживает механические нагрузки и держит форму в нагретом состоянии. Этот тип титановых сплавов имеет меньший показатель сопротивления ползучести, чем у альфа.
4. Титановые бета-сплавы, богатые бета-фазой. В них содержатся соответствующие стабилизаторы. При термической обработке металл достигает высокой прочности и хорошо держит форму в нагретом виде. При этом титан становится не очень пластичным, теряет усталостную прочность при нагреве до предельных температур.

Читайте также: «Медные сплавы»

В маркировке сплава на наличие титана указывает буква Т или Тi. Причем производители могут использовать свои обозначения. Американский стандарт MIL для титановых сплавов имеет следующий вид (пример):

• Ti-5Al-2.5Sn – сплав с содержанием 5 % алюминия и 2,5 % олова.
• Ti-6Al-4V – сплав с содержанием 6 % алюминия и 4 % ванадия.

ASTM, IMI, военная система применяют другие виды обозначений.

Технология производства сплавов титана

В производстве титана применяется метод Kroll. Он состоит из нескольких этапов: извлечение, очистка, получение губки, литье сплава, формовка. На металлургический завод привозят титановые концентраты с мест добычи. Рутил можно использовать в неизменном виде, а именит очищают от железа. Добиваются содержания диоксида титана от 85 % и более.

Вещества загружают в реактор и добавляют газообразный хлор и углерод. Компоненты подвергаются нагреву до 900 ?C. В результате реакции образуется нечистый тетрахлорид титана (TiCl4) и оксид углерода. Последующие действия направлены на удаление из сплава нежелательных хлоридов металлов. 

Проводят фракционную перегонку в дистилляционных емкостях при высокой температуре. В результате ненужные примеси осаждаются. Это хлориды металлов, железо, цирконий, кремний, магний.

Чистый и жидкий тетрахлорид титана отправляют в реакторный резервуар из нержавейки. После добавления магния производят нагрев до 1 100 ?C. В емкость закачивают аргон, чтобы удалить кислород и азот. В результате реакции образуется жидкий хлорид магния. Выделяется твердое титановое вещество, которое не расплавляется из-за устойчивости к применяемой температуре.

С помощью бурения титан достают из плавильни и очищают от магния водой и соляной кислотой. Металл выглядит как губка, так его и называют. Титановый сплав можно получить, если вещество обработать с использованием дуговой печи с расходуемым электродом. При этом внутрь добавляют разные легирующие добавки. Точные пропорции губки в составе сплава определяются в условиях лаборатории перед запуском в производство. Твердые элементы сваривают между собой, так образуется губчатый электрод.

Читайте также: «Высокоуглеродистая сталь»

Вещество расплавляют в вакуумно-дуговой печи. Она выглядит как медный контейнер, который охлаждается при помощи водной среды. Губчатый электрод переплавляют в слитки. Воздух из резервуара необходимо удалить вакуумным методом, либо залить в емкость аргон, чтобы сплав не был загрязнен кислородом и азотом.

В конце процесса готовый слиток проверяют на дефекты. Если нужно, проводят кондиционирование поверхности. Титан в виде слитков отправляют заказчикам на производство, где металл подвергают измельчению, формированию различных изделий.

Термообработка титановых сплавов

Чтобы механические свойства титана отвечали заявленным требованиям, выполняют термическую обработку металла. Для перестроения кристаллической решетки поверхностного слоя увеличивают показатели до 500 градусов Цельсия. Время обработки и температура зависят от толщины слитка и прочих параметров.

Готовые детали из металла ВТ14 должны быть приспособлены к температуре 400 градусов Цельсия. Для их производства используют термообработку, закалку и старение металла. Во время процедуры закалки температуру доводят до значения в 900 градусов Цельсия, для старения применяют среду, нагретую до 500 градусов Цельсия. Время обработки составляет более двенадцати часов.

Читайте также: «Технология сварки сталей»

Многообразие термических методов позволяет использовать индукцию для термообработки. Например, это отжиг, старение, нормализация и прочие. Для получения определенных эксплуатационных качеств сплава используют режимы с разной температурой, подобранной для каждого случая.

В последние годы среди производителей повысился спрос на титановые сплавы с улучшенными характеристиками, поэтому разработчики изучают новые способы обработки слитков металла с использованием разных температурных режимов.

Титановые сплавы

Оцените, пожалуйста, статью

12345

Всего оценок: 1, Средняя: 5

Характеристики титана | Титан | Продукция

• Главная
• Продукты
• Титан
• Характеристики титана

Новости

• 11 марта 2022 г. TranTixxii от Nippon Steel и NSSC220M от NIPPON STEEL Stainless Steel Corporation на крыше международного конференц-центра в Цзянсу, Китай
• 22 апреля 2021 г. Nippon Steel запускает стальной лист ZAM®-EX с высококоррозионностойким покрытием для зарубежных рынков
• 01 октября 2020 г. Наш новый продукт «FeLuce ^TM » (стальной лист с гальваническим покрытием) получает награду Good Design Award 2020 ～Наш первый стальной лист, получивший награду Good Design Award～
• 14 февраля 2019 г. NSSMC получает награду Shell
для поставщиков
• 30 июля 2018 г. Заключение стратегического партнерства с BP Oman
• 30 июля 2018 г. «Красота отличительных градаций заставляет людей чувствовать природу».
• 26 июля 2018 г. VAM ^® 21 HT CLEANWELL ^® DRY ST Первый запуск
• 19 июля 2018 г. Совместное предприятие Steel Wires по холодной высадке и ковке в США (NSCI) провело церемонию открытия
• 27 июня 2018 г. NSSMC и Standard Steel получили награду TTX «Отличный поставщик 2017»
• мая. 29, 2018 NSSMC входит в число 100 лучших мировых новаторов 2017 года шестой год подряд
• 25 апреля 2018 г. Совместное предприятие компании Steel Wires по холодной высадке и ковке в США (NSCI) начинает коммерческое производство
• 17 апреля 2018 г. Усиление системы снабжения сверхвысокопрочными стальными листами Новый CGL будет установлен на заводе Kimitsu Works
• 27 февраля 2018 г. Nippon Steel & Sumikin Crankshaft, дочерняя компания NSSMC по производству и продаже коленчатых валов в США, получает награду Diamond Supplier Award от Navistar
.
• 04 августа 2017 г. Титановый продукт TranTixxii™, запатентованный NSSMC, используется для облицовки театра в провинции Цзянсу, Китай

Список новостей

Титан, материал с почти бесконечными возможностями

Титан хорошо известен своими свойствами легкости, прочности и высокой коррозионной стойкости, но не так хорошо известно, что существуют другие свойства и на что они действительно способны. Титан — это «новый» металл, который был открыт в 1790 году и начал производиться в промышленных масштабах в 1948 году после длительного периода созревания с момента его открытия. Благодаря своим богатым запасам и отличной биологической чистоте титан является материалом, безопасным для окружающей среды и человека. Благодаря исследованиям и разработкам этот материал один за другим открывал практически безграничные возможности.

Относительное сравнение между титаном и типичными металлами

Дополнительная информация

Технологичность титана

• Титан с формуемостью в соответствии с классом JIS 1 можно формовать с использованием почти тех же инструментов, приспособлений или машин, что и для низкоуглеродистой стали и нержавеющей стали. Он также обладает отличной способностью к глубокой вытяжке.
• Можно сваривать швом или точечной сваркой тем же способом, что и нержавеющую сталь, в атмосфере. Для обычной сварки (в основном сваркой TIG) требуется аргон в качестве защитного газа и другие соответствующие методы управления сваркой. Нет опасений по поводу коррозии сварных швов и коррозионного растрескивания под напряжением.

Мы предлагаем тот же ассортимент продукции, что и для стали.

Экономическая эффективность титана

• Цена за единицу массы выше, чем у низкоуглеродистой стали и нержавеющей стали, но низкий удельный вес титана уменьшает разницу в расчете на объем.
• Также возможно уменьшение толщины калибра за счет его высокой удельной прочности и высокой коррозионной стойкости, что является достаточно выгодным для пользователей, принимая во внимание снижение стоимости жизненного цикла за счет снижения затрат на техническое обслуживание.
• Например, использование титана в качестве строительных материалов (крыши и наружные стены) имеет ряд преимуществ, таких как оптимизация эффективности строительства и улучшение сейсмических характеристик благодаря уменьшению массы, а также преимущество снижения стоимости жизненного цикла.

Пример сравнения стоимости строительства из титана и цветной нержавеющей стали, когда они используются в качестве строительных материалов (кровельных материалов).

Тип титана и стандарты

Категория	типичные химические составы	свойства
Титан технически чистый	JIS класс от 1 до 4 / ASTM GR от 1 до 4	Хорошая формуемость (Класс 1) Относительно высокая прочность (Класс 4, TS=700 МПа)
Низколегированный коррозионностойкий титан	Ti-0,15Pd	высокая коррозионная стойкость
Титановый сплав типа α	Ти-5Ал-2,5Сн	Хорошее сопротивление ползучести Хорошая свариваемость
Титановый сплав типа α + β	Ти-6Ал-4В Ти-5Ал-1Фе * Ти-5Ал-2Фе-3Мо *	Способность к старению Трудно поддается холодной штамповке
Титановый сплав типа β	Ти-15В-3Ал-3Хр-3Сн Ти-20В-4Ал-1Сн *	Способность к старению Холодная формовка

* Оригинальные сплавы Nippon Steel

Дополнительная информация

Контактная информация

Для получения дополнительной информации о продукте

Предложения по продуктам и запросы без полной информации, требуемой в форме запроса, могут быть оставлены без ответа. Выбор запросов для ответа в режиме онлайн осуществляется исключительно по усмотрению Nippon Steel. Мы ценим ваше понимание.

Контактная информация

Информация о марках титана – свойства и применение всех титановых сплавов и чистых марок

Титановые марки и сплавы: свойства и применение

Ниже приводится обзор наиболее часто встречающихся титановых сплавов и чистых марок, их свойств, преимуществ и отраслевые приложения. Конкретную терминологию см. в разделе «Определения» в конце этой страницы.

Коммерчески чистый титан класса

Grade 1

Титан Grade 1 является первым из четырех коммерчески чистых титановых сортов. Это самый мягкий и пластичный из этих сортов. Он обладает наибольшей формуемостью, отличной коррозионной стойкостью и высокой ударной вязкостью.

Благодаря всем этим качествам, Grade 1 является предпочтительным материалом для любого применения, где требуется простота формуемости, и обычно доступен в виде титановых пластин и трубок. К ним относятся:

• Химическая обработка
• Производство хлората
• Размерно-стабильные аноды
• Опреснение
• Архитектура
• Медицинская промышленность
• Морская промышленность
• Автозапчасти
• Конструкция планера

Grade 2

Титан Grade 2 называют «рабочей лошадкой» промышленного производства чистого титана благодаря разнообразным возможностям использования и широкой доступности. Он обладает многими из тех же качеств, что и титан Grade 1, но немного прочнее. Оба одинаково устойчивы к коррозии.

Этот сорт обладает хорошей свариваемостью, прочностью, пластичностью и формуемостью. Это делает титановые прутки и листы класса 2 лучшим выбором для многих областей применения:

• Архитектура
• Производство электроэнергии
• Медицинская промышленность
• Переработка углеводородов
• Морская промышленность
• Кожухи выхлопной трубы
• Обшивка планера
• Опреснение
• Химическая обработка
• Производство хлората

Сорт 3

Сорт 3 Титановые детали

Этот сорт используется реже всего из коммерчески чистого титана, но это не делает его менее ценным. Марка 3 прочнее, чем марки 1 и 2, похожа по пластичности и лишь немного хуже поддается формованию, но обладает более высокими механическими свойствами, чем ее предшественники.

Класс 3 используется в приложениях, требующих умеренной прочности и высокой коррозионной стойкости. К ним относятся:

• Аэрокосмические конструкции
• Химическая обработка
• Медицинская промышленность
• Морская промышленность

Марка 4

Марка 4 известна как самая прочная из четырех марок коммерчески чистого титана. Он также известен своей превосходной коррозионной стойкостью, хорошей формуемостью и свариваемостью.

Хотя он обычно используется в следующих отраслях промышленности, 4-й класс недавно нашел свою нишу в качестве титана медицинского назначения. Это необходимо в приложениях, в которых требуется высокая прочность:

• Компоненты планера
• Криогенные сосуды
• Теплообменники
• ИПЦ оборудование
• Трубка конденсатора
• Хирургическое оборудование
• Корзины для травления

Титановые сплавы

Класс 7

Класс 7 механически и физически эквивалентен Классу 2, за исключением добавления палладия в качестве промежуточного элемента, что делает его сплавом. Марка 7 обладает отличной свариваемостью и технологичностью, а также обладает наибольшей коррозионной стойкостью из всех титановых сплавов. Фактически, он наиболее устойчив к коррозии в восстановительных кислотах.

Марка 7 используется в химических процессах и компонентах производственного оборудования.

Класс 11

Класс 1 Обработка титана

Класс 11 очень похож на Класс 1, за исключением добавления небольшого количества палладия для повышения коррозионной стойкости, что делает его сплавом. Эта коррозионная стойкость полезна для защиты от щелевой эрозии и снижения кислотности в хлоридных средах.

Другие полезные свойства включают оптимальную пластичность, способность к холодной штамповке, полезную прочность, ударную вязкость и отличную свариваемость. Этот сплав можно использовать в тех же областях применения титана, что и сплав класса 1, особенно там, где существует проблема коррозии, например:

• Химическая обработка
• Производство хлората
• Опреснение
• Морское применение

Ti 6Al-4V (Grade 5)

Известный как «рабочая лошадка» титановых сплавов, Ti 6Al-4V или титан Grade 5 является наиболее часто используемым из всех титановых сплавов. На его долю приходится 50 процентов от общего использования титана во всем мире.

Его удобство заключается в его многочисленных преимуществах. Ti 6Al-4V может подвергаться термообработке для увеличения прочности. Его можно использовать в сварных конструкциях при рабочих температурах до 600°F. Этот сплав обладает высокой прочностью при малом весе, полезной формуемостью и высокой коррозионной стойкостью.

Ti 6AI-4V Удобство использования делает его лучшим сплавом для использования в нескольких отраслях, таких как аэрокосмическая, медицинская, морская и химическая промышленность. Может использоваться при создании таких технических вещей, как:

• Турбины авиационные
• Компоненты двигателя
• Элементы конструкции самолета
• Аэрокосмический крепеж
• Высокопроизводительные автоматические детали
• Морское применение
• Спортивный инвентарь

Ti 6AL-4V ELI (класс 23)

Хирургический титан класса 23

Ti 6AL-4V ELI или класс 23 представляет собой версию Ti 6Al-4V с более высокой степенью чистоты. Он может быть изготовлен в виде катушек, прядей, проволоки или плоской проволоки. Это лучший выбор для любой ситуации, когда требуется сочетание высокой прочности, легкого веса, хорошей коррозионной стойкости и высокой ударной вязкости. Он имеет превосходную устойчивость к повреждениям по сравнению с другими сплавами.

Эти преимущества делают титан Grade 23 лучшим стоматологическим и медицинским титаном. Его можно использовать в биомедицинских приложениях, таких как имплантируемые компоненты, благодаря его биосовместимости, хорошей усталостной прочности и низкому модулю. Его также можно использовать при детальных хирургических процедурах, например:

• Ортопедические штифты и винты
• Ортопедические тросы
• Лигатурные зажимы
• Хирургические скобы
• Пружины
• Ортодонтические приспособления
• При замене суставов
• Криогенные сосуды
• Костные фиксаторы

Класс 12

Титан Класс 12 Области применения

Титан Класс 12 имеет оценку «отлично» за высокое качество свариваемости. Это очень прочный сплав, который обеспечивает большую прочность при высоких температурах. Титан марки 12 обладает характеристиками, аналогичными нержавеющим сталям серии 300.

Этот сплав может быть подвергнут горячему или холодному формованию с использованием листогибочного пресса, гидропрессования, формования с вытяжкой или методом ударного молота. Его способность формироваться различными способами делает его полезным во многих приложениях. Высокая коррозионная стойкость этого сплава также делает его бесценным для производственного оборудования, где щелевая коррозия является проблемой. Марка 12 может использоваться в следующих отраслях и областях применения:

• Кожух и теплообменники
• Применение в гидрометаллургии
• Химическое производство при повышенных температурах
• Морские и авиационные компоненты

Ti 5Al-2,5Sn

Ti 5Al-2,5Sn представляет собой нетермообрабатываемый сплав, обеспечивающий хорошую свариваемость и стабильность. Он также обладает высокой температурной стабильностью, высокой прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и хорошим сопротивлением ползучести. Ползучесть относится к явлению пластической деформации в течение длительных периодов времени, которое происходит при высоких температурах.

Ti 5Al-2.5Sn в основном используется в самолетах и ​​планерах, а также в криогенных приложениях.

Определения

Титановый прутковый материал

Метод падающего молота – использование машины, состоящей из наковальни или основания, совмещенного с молотом, который поднимают и затем опускают на расплавленный металл для ковки или штамповки металла.

Пластичность – Способность металла легко вытягиваться в проволоку или разбиваться молотком; легко формуется или формуется.

Производственность — Относится к способности металла использоваться для создания машин, конструкций и другого оборудования путем формирования и сборки.

Способность к формованию. Способность металла принимать различные формы и формы.

Гидропрессование. Давление, оказываемое резиновой пресс-головкой, формирует лист металла по конфигурации инструмента, формирующего металл.

Промежуточные элементы — «примеси», содержащиеся в чистых металлах, иногда добавляющие преимущества сплаву.

Листогибочный пресс для формования – машина, используемая для гибки листового металла в любую требуемую форму.

Метод вытягивания – метод, при котором нагретый металлический лист вытягивается по форме, а затем охлаждается до нужной формы.

Металлургическое материаловедение и проектирование сплавов

 

Нелегированный технически чистый титан имеет предел прочности при растяжении в диапазоне от 275 до 590 МПа, и эта прочность контролируется в основном за счет содержания кислорода
и содержания железа. Чем выше содержание кислорода и железа , тем выше прочность
. Марки титана, легированные в промышленных масштабах, могут иметь предел прочности при растяжении от 600 МПа (например, Ti-3A1-2,5V) до предела прочности при растяжении до 1250 МПа (например, для высокопрочных сплавов). сплав Ti-15Mo-5Zr-3AI). 91/2
и находится в отрицательной корреляции с пределом текучести при растяжении. Удельная вязкость разрушения зависит от микроструктуры, поэтому вязкость разрушения различных сплавов выше в Титановые сплавы с игольчатой ​​структурой.

 

Дизайн микроструктуры и механические свойства сплава Ti–4Mo, близкого к альфа
Acta Materialia 97 (2015) 291-304
Дизайн микроструктуры и механические свойства сплава Ti–4Mo, близкого к альфа
З. Тарзимогадам, С. Сандлёбес, К.Г. Pradeep, D. Raabe
Acta Materialia 97 (2015) 291 Ti Mo Micr[…]
PDF-документ [3,8 MB]

Механические свойства титановых сплавов (изображение из: Titanium and Titanium Alloys. Fundamentals and Applications. eds. Leyens, Peters)

 

 

Прочность на растяжение (мин)			0,2% предел текучести (мин)
Обозначение	МПа	тысяч фунтов/кв. дюйм	МПа	тысяч фунтов на квадратный дюйм
Нелегированные марки
ASTM класс 1	240	35	170	25
ASTM класс 2	340	50	280	40
ASTM класс 3	450	65	380	55
ASTM класс 4	550	80	480	70
ASTM класс 7	340	50	280	40
ASTM класс 11	240	35	170	25
α и около α сплавы
Ти-0,3Мо-0,8Ни	480	70	380	55
Ti-5Al-2,5Sn	790	115	760	110
Ti-5Al-2. 5Sn-ELI	690	100	620	90
Ти-8Ал-1Мо-1В	900	130	830	120
Ти-6Ал-2Сн-4Зр-2Мо	900	130	830	120
Ти-6Ал-2Нб-1Та-0,8Мо	790	115	690	100
Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo	1000	145	900	130
Ti-5. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Винторезные станки Вопросы и ответы Карусельные станки Советы мастера Станок 1М63 Токарные станки Фрезерные станки Разное