تفاوت بین تیتانیوم خالص و آلیاژ تیتانیوم GR5 چیست؟

نمرات تیتانیوم معمول استفاده می شود

تیتانیوم خالص صنعتی GR1 (Grade2).

تیتانیوم خالص صنعتی GR2 (Grade3).

GR7 (درجه 11) Ti-0.2Pd

GR10 (درجه 12) Ti-0.3Mo-0.8Ni

GR5 (AB٪ 7b٪ 7b٪ 7b1٪ 7d٪ 7d) Ti٪ 7b٪ 7b2٪ 7d٪ 7dAl٪ 7b٪ 7b3٪ 7d٪ 7dV

تیتانیوم خالص صنعتی با توجه به میزان ناخالصی آن به سه گرید GR1، GR2 و GR3 تقسیم می شود. عناصر ناخالصی بینابینی این سه نوع تیتانیوم خالص صنعتی به تدریج افزایش می‌یابد، بنابراین استحکام مکانیکی و سختی آنها نیز به تدریج افزایش می‌یابد، اما انعطاف‌پذیری و چقرمگی به همین ترتیب کاهش می‌یابد.

تیتانیوم خالص صنعتی که معمولاً در صنعت استفاده می شود GR2 است زیرا مقاومت خوردگی متوسط ​​و خواص مکانیکی جامع دارد. GR3 را می توان در مواقعی که نیاز به مقاومت سایش و استحکام بالاتری نیاز است استفاده کرد. GR1 می تواند مورد استفاده قرار گیرد زمانی که عملکرد قالب گیری بهتر مورد نیاز است.

GR1، GR2 و GR3 در استاندارد ملی با Gr0، Gr1 و Gr2 در UNS مطابقت دارد.

GR1 و GR2 دارای چقرمگی خوب در دمای پایین و استحکام بالا در دمای پایین هستند وقتی که محتوای آهن ω 0 باشد.095%, محتوای اکسیژن ω 0 است.{10} }8٪، محتوای هیدروژن ω 0.0009٪ است، و محتوای نیتروژن ω 0.0062٪ است و می تواند به عنوان مواد ساختاری با دمای پایین زیر -253 درجه استفاده شود.

تفاوت بین GR1 و GR2 در این است که دومی دارای محتوای آهن و اکسیژن بالاتری است، بنابراین استحکام GR2 از GR1 بالاتر است.

GR5 نشان دهنده اکثر آلیاژهای تیتانیوم با دمای پایین است. استحکام آن با کاهش دما افزایش می یابد، اما انعطاف پذیری آن تغییر چندانی نمی کند. شکل پذیری و چقرمگی خوبی را در دماهای پایین -196-253 درجه حفظ می کند، از شکنندگی سرد فلز جلوگیری می کند، که آن را به یک ماده ایده آل برای ظروف برودتی، جعبه های ذخیره سازی و سایر تجهیزات تبدیل می کند.

مارک ها و انواع مختلفی از آلیاژهای تیتانیوم، بیش از 100 نوع وجود دارد. 40-50 نوع موجود در صنعت وجود دارد و تنها ده ها مورد بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. اینها شامل انواع تیتانیوم خالص صنعتی و آلیاژهای تیتانیوم منتخب با طعم های مختلف، مانند Ti-6AL-4V، Ti{4}}AL-2.5Sn، Ti{{7} }AL-1.5Mn، Ti{10}}AL{11}}.5V، Ti{13}}AL{14}}Sn-4Zr-2Mo , Ti-6AL-2Sn-4Zr-6}Mo،}}}}AL-1}}Mo-1V، Ti{{ 24}}V{25}}Cr-3AL، Ti{27}}V—3Cr-3AL-Sn و Ti-10V-2Fe{{ 33}}AL و Ti-0.20Pd، Ti-0.3Mo-0.8Ni، و غیره. با این حال، برای اکثر کشورها، دو آلیاژ اول مهم (Ti{40}} Al-4V; Ti{42}}Al-2.5Sn) معمولی‌ترین و شناخته شده‌ترین‌ها توسط کشورهای سراسر جهان هستند.

آلیاژهای تیتانیوم به طور کلی با توجه به ساختارشان نامگذاری می شوند، یعنی آلیاژهای تیتانیوم (از جمله آلیاژهای نزدیک تیتانیوم)، آلیاژهای تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم (+). در استانداردهای ملی چین، TA، TB و TC به عنوان پیشوند برای نشان دادن نوع آلیاژ تیتانیوم و به دنبال آن یک عدد برای نشان دادن شماره سریال آلیاژ استفاده می شود. به عنوان مثال، TA نشان دهنده آلیاژ تیتانیوم آلفا، آلیاژ تیتانیوم GR6 آلیاژ Ti5Al{3}}.5Sn است. سل نشان دهنده بتا تیتانیوم است. آلیاژ TB2 آلیاژ Ti-5Mo-5V-8Cr-3آلیاژ است. TC نشان دهنده + آلیاژ است، مانند آلیاژ تیتانیوم GR5 آلیاژ Ti{12}}Al-4V است.

آلیاژهای آلفا تیتانیوم عمدتا حاوی عناصر آلفا پایدار هستند. در حالت پایدار در دمای اتاق، آنها اساساً آلیاژهای تیتانیوم فاز آلفا هستند، مانند تیتانیوم خالص صنعتی (GR1، GR2، GR3، GR4) و GR6 (Ti-5Al-5Sn). آلیاژهای آلفا تیتانیوم عمدتاً در صنایع شیمیایی، پتروشیمی و فرآوری استفاده می شوند. در این صنایع، توجه اولیه، مقاومت در برابر خوردگی و فرآیند پذیری آلیاژ است. تیتانیوم خالص صنعتی (چهار نوع TA{7}}GR3)، آلیاژ پالادیوم حاوی آلیاژ تیتانیوم GR7 (آلیاژ تیتانیوم-پالادیوم GR7) و آلیاژهای حاوی مقادیر کمی مولیبدن و نیکل (آلیاژ تیتانیوم-مولیبدن-نیکل GR10) ترجیح داده می شوند.

در نزدیکی آلیاژ تیتانیوم، مقدار کمی از عناصر تثبیت کننده به این نوع آلیاژ تیتانیوم اضافه می شود. در یک حالت پایدار در دمای اتاق، ساختار آنیل شده حاوی مقدار کمی از ترکیبات فازی یا بین فلزی است که معمولاً بیش از 10٪ نیست، مانند GR11 (Ti-8Al-1Mo-1 V) که یک آلیاژ تیتانیوم است که در ایالات متحده برای استفاده در دماهای بالا ساخته شده است، اما محتوای آلومینیوم بالا می تواند باعث مشکلات خوردگی تنش نمک حرارتی شود. GR15 (Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr) یک آلیاژ BT20 است که در روسیه ساخته شده است. آلیاژ تیتانیوم GR11 آلیاژی مشابه آلیاژ تیتانیوم GR15 است. دومی محتوای آلومینیوم را کاهش می دهد و زیرکونیوم را افزایش می دهد، بنابراین مقاومت در برابر حرارت را حفظ می کند و باعث بهبود خوردگی استرس ناشی از نمک داغ می شود. + آلیاژ ترکیبی GR13 (Ti{16}}.5CU) یک آلیاژ IMI230 است که در بریتانیا ساخته شده است.

+ آلیاژ تیتانیوم حاوی عناصر تثبیت کننده بیشتری است و یک آلیاژ تیتانیوم است که از و در دمای اتاق در حالت پایدار فاز می شود. محتوا معمولاً 10%-50% است. + آلیاژ تیتانیوم استحکام متوسطی دارد و با عملیات حرارتی قابل تقویت است، اما عملکرد جوشکاری آن ضعیف است. بسته به معادل مولیبدن، این نوع آلیاژ را می توان به انواع مارتنزیتی و انتقالی تقسیم کرد. در میان آنها، آلیاژ معمولی Ti-6Al{-4V در سال 1954 توسط شرکت Water City Arsenal در ایالات متحده توسعه یافت. این آلیاژ به طور گسترده در صنعت هوافضا استفاده می شود. این محصول آلیاژی 55%-65% از تولید آلیاژ تیتانیوم را تشکیل می‌دهد و می‌توان از آن برای تولید محصولات هوافضایی با اندازه بزرگ استفاده کرد. آهنگری ها و قطعات، آلیاژ Ti{11}}Al-4V دارای خواص جامع عالی است، به شدت مورد تحقیق قرار گرفته است، برای طولانی ترین زمان مورد استفاده قرار گرفته است و وسیع ترین طیف کاربردها را دارد. بنابراین، این آلیاژ از زمان تولد خود در نیم قرن پیش، حیات خود را حفظ کرده است. نام تجاری چینی GR5 است، بخش Timet شرکت آمریکایی تیتانیوم متال Ti-6Al-4V، شرکت آمریکایی اکتیو متال RMI6Al4V، شرکت تیتانیوم بریتانیا IMI318، روسیه BT6، سومیتومو است. ژاپن ST-Al40 و فرانسه TA6V است. آلمان LT31 است.

افزودن عناصر به آلیاژهای تیتانیوم با معادل مولیبدن [Mo1]ep و معادل آلومینیوم [Al]ep بیان می‌شود: و آلیاژ نزدیک تیتانیوم [Mo1]ep 12-13، [Al]ep 5-8 است. + آلیاژ تیتانیوم [Mo1] ep 5-12، [Al] ep 6-30 است. آلیاژ تیتانیوم (آلیاژ غیر پایدار) [Mo1] ep 12-25، [Al] ep 5-8 است. برای طراحان برای طبقه بندی بر اساس شدت مناسب تر است که می توان آن را به شدت کم، شدت معمولی، شدت متوسط، شدت بالا و حداکثر شدت تقسیم کرد.

⑴تیتانیوم خالص صنعتی

تیتانیوم خالص صنعتی تیتانیوم فلزی متراکم با محتوای تیتانیوم حداقل 99 درصد و حاوی مقدار کمی آهن، اکسیژن، کربن، نیتروژن، هیدروژن و سایر ناخالصی ها است. ناخالصی هایی که بیشترین تأثیر را بر خواص مکانیکی تیتانیوم خالص دارند عبارتند از اکسیژن، نیتروژن و آهن، به ویژه اکسیژن. واکنش بین هیدروژن و تیتانیوم برگشت پذیر است. تاثیر اصلی هیدروژن بر عملکرد تیتانیوم "تردی هیدروژنی" است. معمولاً مقرر می شود که محتوای هیدروژن نباید از 0.03%-0.05% هیدروژن تجاوز کند. اگرچه تیتانیوم خالص صنعتی دارای یک شبکه شش ضلعی بسته بندی شده ( ) در دمای اتاق است، نسبت محوری آن کوچک است (c/a=1.587) و قابلیت پردازش خوبی دارد. تیتانیوم خالص خاصیت شکل پذیری و جوشکاری خوبی دارد و به عملیات حرارتی حساس نیست.

تیتانیوم خالص صنعتی به عنوان ماده فلزی برای ایمپلنت های جراحی در استاندارد بین المللی ISO5832-2-1999 گنجانده شده است. موادی که ایمپلنت های طولانی مدت را برآورده می کنند باید دارای الزامات اساسی زیر باشند: مقاومت در برابر خوردگی، زیست سازگاری، استحکام کششی برتر، مقاومت در برابر خستگی و چقرمگی خوب، ابزار ساینده الاستیک، مقاومت در برابر سایش و قیمت رضایت بخش.

⑵ آلیاژ تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی

آلیاژهای تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی برای استفاده در محیط های بسیار خورنده، عمدتا آلیاژهای کم استحکام مناسب هستند. در زمینه های غیرهوایی، مزیت مقاومت در برابر خوردگی خوب عمدتا استفاده می شود. آلیاژهای تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی، مقاومت به خوردگی تیتانیوم خالص صنعتی را در محیط های احیا کننده (مانند اسید هیدروکلریک، اسید سولفوریک، اسید فسفریک، اسید اگزالیک و اسید فرمیک) بهبود می بخشند. در حال حاضر، تیتانیوم مولیبدن بالغ، تیتانیوم پالادیوم، تیتانیوم مولیبدن نیکل، تیتانیوم نیکل، تیتانیوم تانتالیوم، و غیره آلیاژ.

آلیاژ تیتانیوم-مولیبدن اولین مورد مطالعه بود (در سال 1952). مقاومت در برابر خوردگی عالی در کاهش اسید کلریدریک دارد. Ti{2}}آلیاژ مو در برابر جوشاندن 5% اسید کربنیک، جوشاندن 5% اسید سولفوریک، جوشاندن 10% اسید فسفریک، جوشاندن در 10% اسید استیک و جوشاندن 50% اسید فرمیک، حداکثر عمومی مقاوم است. نرخ خوردگی 0.{9}}.0508mm/a است. نرخ خوردگی تیتانیوم خالص در محلول اسید سولفوریک 10% در 93.3 درجه به 38 می رسد.{15}}.8mm/a; آلیاژ Ti{17}}مو در مقاومت خوردگی در محیط های اکسید کننده ضعیف است. با توجه به افزودن آلیاژ مولیبدن-هافنیوم با چگالی بالا، ذوب، پردازش و جوشکاری بلایای هوایی خاصی را به همراه خواهد داشت. از آلیاژهای تیتانیوم-مولیبدن، آلیاژهای تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی مانند تیتانیوم-مولیبدن-نیوبیم، تیتانیوم-مولیبدن-زیرکونیوم و تیتانیوم-مولیبدن-پالادیوم به دست می آیند.

آلیاژ تیتانیوم-پالادیوم GR7 دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی در محیط های اکسید کننده است. همچنین دارای مقاومت خوردگی خاصی در برابر محیط های کاهنده است و به ویژه می تواند مقاومت خود را در برابر خوردگی شکاف در محیط هایی با غلظت یون کلرید بالا بهبود بخشد. آلیاژ تیتانیوم GR7 حاوی 0.2 درصد پالادیوم است. در اسید سولفوریک جوشان 5 درصد، آلیاژ تیتانیوم-پالادیوم GR7 می‌تواند نرخ خوردگی را از 48.26 میلی‌متر در ثانیه (تیتانیوم خالص صنعتی) به 0.508 میلی‌متر در ساعت کاهش دهد و مقاومت به خوردگی را تا حدود 95 برابر افزایش دهد. این آلیاژ خواص پردازش، شکل دهی و جوشکاری خوبی دارد، اما حاوی فلز گرانبها پالادیوم است و گران است.

آلیاژ بتا تیتانیوم. این نوع آلیاژ تیتانیوم حاوی عناصر بتا پایدار کافی است. در یک سرعت خنک کننده مناسب، ساختار دمای اتاق تماماً فاز بتا است. معمولاً می توان آن را به آلیاژ بتا تیتانیوم قابل عملیات حرارتی (آلیاژ بتا تیتانیوم متا پایدار) و بتا تیتانیوم پایدار تقسیم کرد. آلیاژ. آلیاژ بتا تیتانیوم قابل عملیات حرارتی دارای انعطاف پذیری فرآیند بسیار خوبی در شرایط کوئنچ است، می تواند به صورت سرد در صفحات تبدیل شود و می تواند مقاومت کششی در دمای اتاق تا 1300-1400 مگاپاسکال را از طریق عملیات پیری بدست آورد.

ترکیب اسمی آلیاژ تیتانیوم-مولیبدن-نیکل GR10 Ti-0.3Mo-0.8Ni است. این یک آلیاژ Ti-12 است که توسط ایالات متحده در اواسط-1970 تحقیق و توسعه یافته است. این یک آلیاژ تیتانیوم است که در برابر خوردگی شکاف مقاوم است. استحکام کششی آلیاژ در 300 درجه دو برابر تیتانیوم خالص است و مقاومت در برابر خوردگی آن در برابر محیط های کاهش دهنده به طور قابل توجهی بهبود یافته است. خوردگی شکافی در کلرید در درجه 150-200 رخ نمی‌دهد.

دمای استفاده از آلیاژ تیتانیوم نیکل (Ti-2Ni) در تجهیزات نمک‌زدایی با دمای بالا می‌تواند به حدود 200 درجه برسد.

آلیاژ تیتانیوم-تانتالوم (Ti-5Ta) یک آلیاژ تیتانیوم از نوع مقاوم در برابر خوردگی اسید نیتریک است که توسط روسیه با نام تجاری آلیاژ 420 و فولاد کوبه ژاپن با نام تجاری KS50Ta تولید می‌شود. این آلیاژ عملکرد فرآیندی و عملکرد جوشکاری خوبی دارد و نرخ خوردگی در اسید نیتریک جاری در 100-200 درجه کمتر از 0.1 میلی‌متر در ثانیه است. این در تجهیزات بازیافت اسید نیتریک و فرآیندهای بازفرآوری سوخت هسته ای استفاده شده است.

⑶ آلیاژ تیتانیوم ساختاری

آلیاژهای تیتانیوم کم استحکام طبقه بندی شده بر اساس استحکام عمدتاً در محیط های مقاوم در برابر خوردگی استفاده می شوند، در حالی که سایر آلیاژهای تیتانیوم در بخش های ساختاری به نام آلیاژهای تیتانیوم ساختاری استفاده می شوند. آلیاژهای تیتانیوم با مقاومت معمولی (حدود 500 مگاپاسکال)، عمدتاً شامل تیتانیوم خالص صنعتی، Ti{3}}Al-1.5Mn (TC1) و Ti{7}}Al-2.5V (GR18) ) به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند. به دلیل خواص پردازش و شکل پذیری خوب و جوش پذیری، این آلیاژ برای ساخت قطعات مختلف صفحه هوانوردی و لوله های هیدرولیک و همچنین محصولات غیرنظامی دوچرخه استفاده می شود. آلیاژ معمولی آلیاژ تیتانیوم با استحکام متوسط ​​(حدود 900 مگاپاسکال) Ti{13}}Al-4V (GR5) است که به طور گسترده در صنعت آلیاژ تیتانیوم هوافضا استفاده می‌شود. آلیاژ تیتانیوم با استحکام بالا دارای مقاومت کششی در دمای اتاق بیش از 1100 مگاپاسکال است. از آلیاژ نزدیک به تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم ناپایدار تشکیل شده است. عمدتاً برای جایگزینی فولاد سازه ای با مقاومت بالا که معمولاً در سازه های هواپیما استفاده می شود استفاده می شود. آلیاژهای معمولی آن Ti{21}}V- 11Cr-3Al، هم Ti{24}}V-3Cr-3}}Al-3Sn و Ti{28}}V-2Fe{30}}آلیاژهای آلیاژی و غیره

4. آلیاژ تیتانیوم مقاوم در برابر حرارت

آلیاژ تیتانیوم مقاوم در برابر حرارت یک آلیاژ تیتانیوم است که برای عملیات طولانی مدت در دماهای بالاتر مناسب است. استحکام آنی و بادوام بالایی در کل محدوده دمای عملیاتی دارد. در دمای اتاق پایداری حرارتی، مقاومت در برابر خزش و انعطاف پذیری خوبی دارد و در دمای بالا مقاومت خوبی در برابر خستگی دارد. عمدتاً برای ساخت دیسک ها، تیغه ها، محفظه های ورودی هوا و اجزای هواپیما در کمپرسورها استفاده می شود. آلیاژهای تیتانیوم مقاوم در برابر حرارت، آلیاژهای تیتانیوم با محلول جامد تقویت شده + نوع و نزدیک به آن هستند. + نوع آلیاژهای تیتانیوم مقاوم در برابر حرارت که می توانند برای مدت طولانی زیر 500 درجه کار کنند حاوی عناصر تثبیت کننده بیشتری هستند و معادل آلومینیوم بالای 6 است. با افزودن عناصر تثبیت کننده بتا مناسب، آلیاژ نه تنها استحکام آنی بالایی را در دماهای بالا نشان می دهد. اما انعطاف پذیری کافی نیز دارد. آلیاژهای معمولی عبارتند از GR5 (Ti{10}}Al-4V)، TC6 (Ti{13}}Al-2.5Mo-2Cr-0.5 Fe -0.3Si) و TC11 (Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si). آلیاژهای تیتانیوم مقاوم در برابر حرارت که برای مدت طولانی زیر 500 درجه کار می کنند حاوی مقدار کمی از عناصر تثبیت کننده هستند. معادل آلومینیوم تقریباً همه بالاتر از 7 است و آلیاژ در حالت تعادل فاز بیشتری دارد، بنابراین این آلیاژها مقاومت در برابر خزش بالاتر و مقاومت در برابر خستگی و چقرمگی شکست بالای 500 درجه دارند. از آنجا که آلیاژ تقریباً نوع دارای این خواص جامع عالی است، به سیستم اصلی آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت تبدیل شده است. آلیاژهای معمول عبارتند از Ti-8Al-1Mo{40}}V (US Ti{41}})، Ti6Al-2Zr-1Mo{45}} V (روسی BT20)، Ti{47}}Al-2Sn-4Zr-2}Mo (US Ti-6242) و Ti-5.5Al { {54}}.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0}.3Si (UK IMI-829).

5. آلیاژ تیتانیوم با دمای پایین

آلیاژهای تیتانیوم با دمای پایین و + آلیاژهای تیتانیوم برای استفاده در دماهای پایین مناسب هستند. این نوع آلیاژ با کاهش دما افزایش می یابد و چقرمگی آن به ندرت با کاهش دما کاهش می یابد، بنابراین می توان از آن به عنوان قطعات ساختاری با دمای پایین استفاده کرد. روند توسعه آلیاژهای تیتانیوم با دمای پایین کاهش محتوای اکسیژن از 0.2% (گرید معمولی) به 0.12% برای تشکیل آلیاژ تیتانیوم با درجه شکاف بسیار کم (ELI) است. قابل استفاده در دماهای بسیار پایین (<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.