1. Esminiai skirtumai tarp 5 klasės Ti ir komerciškai gryno titano (pvz., 1 klasės Ti / 2 klasės Ti)
Cheminė sudėtis
Komerciniu požiūriu grynas titanas (Ti, 1/2 laipsnis) sudarytas iš daugiau nei 99 % titano, su nedideliais kiekiais priemaišų, tokių kaip deguonis, geležis, anglis, azotas ir vandenilis (šių priemaišų kiekis įvairiose klasėse šiek tiek skiriasi: 1 klasės priemaišų kiekis yra mažiausias, o 2 laipsnio deguonies ir geležies kiekis yra šiek tiek didesnis). Priešingai, Ti 5 klasė yra aalfa-beta titano lydinyskuriame yra 6% aliuminio (Al) ir 4% vanadžio (V) kaip pagrindiniai legiravimo elementai, o titanas sudaro likusius ~ 90% kompozicijos ir kontroliuojamos priemaišos.
Mikrostruktūra
CP Ti (1/2 klasės) turi vieną-fazęalfa ( ) mikrostruktūrakambario temperatūroje ir žemesnėje beta{0}}transusinėje temperatūroje (2 laipsnio atveju apie 882 laipsnius). Ši šešiakampė sandari-supakuota (HCP) struktūra užtikrina stabilų, bet ribotą mechaninį stiprumą. Ti 5 klasė dėl savo Al ir V priedų sudaro dvigubą -fazę + mikrostruktūrą: Al veikia kaip alfa stabilizatorius (padidina stiprumą ir atsparumą šliaužimui), o V yra beta stabilizatorius (gerina lankstumą ir termiškai apdorojamą). Termiškai apdorojant (pvz., tirpalo atkaitinimas ir senėjimas), jo mikrostruktūra gali būti pritaikyta toliau optimizuoti veikimą.
Mechaninės savybės
Jėga: CP Ti (1 laipsnio) tempiamasis stipris yra tik 240–310 MPa, o 2 laipsnis siekia 345–415 MPa, o tai yra palyginti mažas. 5 laipsnio Ti tempiamasis stipris atkaitintoje būsenoje yra 860–900 MPa, o po senėjimo jis gali padidėti iki daugiau nei 1100 MPa, o tai yra daugiau nei du kartus didesnis nei 2 laipsnio CP Ti.
Tamprumas ir formavimas: CP Ti (1/2 klasės) pasižymi puikiu lankstumu (pailgėjimas iki 20–25 %) ir šalto formavimo, todėl jį lengva apdoroti į sudėtingas formas (pvz., plonasienius vamzdžius, lakštus). Ti 5 laipsnio pailgėjimas yra mažesnis (10–15 %) ir yra sunkiau formuojamas, todėl sudėtingiems komponentams reikia karšto apdorojimo arba specializuotų apdorojimo būdų.
Atsparumas nuovargiui ir korozijai: CP Ti pasižymi puikiu atsparumu korozijai (ypač chloridinėje, rūgštinėje ir jūrinėje aplinkoje) dėl savo tankios pasyviosios oksido plėvelės, tačiau jo atsparumas nuovargiui yra vidutinis (apie 140 MPa 2 laipsnio atveju). 5 laipsnio Ti išlaiko gerą atsparumą korozijai (daugumoje aplinkų artimas CP Ti), kartu pasižymi žymiai didesniu atsparumu nuovargiui (300–350 MPa), todėl jis tinkamas naudoti didelėje -ciklo apkrovoje (pvz., aviacijos ir kosmoso komponentams).
Taikymo scenarijai
CP Ti (1/2 klasės) pirmiausia naudojamaskorozijai{0}}atsparus mažos{1} apkrovos scenarijus, pvz., cheminių procesų vamzdynai, jūriniai šilumokaičiai, biomedicininiai implantai (pvz., 2 laipsnio chirurginiams instrumentams) ir architektūrinė danga. Ti Grade 5 yra darbinis arklio lydinys, skirtasdidelio-stiprumo, didelio-patikimumo programos, įskaitant aviacijos ir kosmoso konstrukcines dalis (orlaivių važiuoklę, variklio komponentus), automobilių lenktynių dalis, medicininius implantus (pvz., klubų ir kelių protezus, kuriems reikalingas stiprumas ir biologinis suderinamumas), ir jūroje naudojamus naftos ir dujų gręžimo įrankius.
2. Didelio kainų skirtumo tarp Ti 5 klasės ir komerciškai gryno titano priežastys
Žaliavų ir legiravimo elementų išlaidos
CP Ti gaminamas tiesiogiai iš titano kempinės (pagrindinės titano gaminių žaliavos), kontroliuojant tik priemaišas. Priešingai, 5 klasės Ti lydymo metu reikia pridėti didelio -grynumo aliuminio ir vanadžio. Vanadis yra retas ir brangus pereinamasis metalas (jo kaina kelis kartus viršija titano kempinę), o aliuminis taip pat turi atitikti griežtus aviacijos ir kosmoso lydinių grynumo standartus. Legiravimo procesas padidina tiesiogines žaliavų sąnaudas 30–50%, palyginti su CP Ti.
Sudėtingi lydymo ir perdirbimo reikalavimai
Titanas yra reaktyvus metalas, kuris aukštoje temperatūroje lengvai reaguoja su deguonimi, azotu ir vandeniliu, todėl turi būti lydomas pervakuuminis lankinis perlydymas (VAR)procesas (dažniausiai dvigubas arba trigubas VAR aukštos kokybės{0}}lydiniams). 5 klasės Ti legiravimo elementai turi būti tolygiai paskirstyti titano matricoje, todėl reikia tiksliai kontroliuoti lydymosi temperatūrą, laikymo laiką ir aušinimo greitį-tai padidina energijos ir proceso sąnaudas. Priešingai, CP Ti lydymas turi paprastesnį komponentų valdymą ir mažesnius proceso tikslumo reikalavimus.
Apdorojant paskesnįjį Ti 5 laipsnio stiprumą ir mažą lankstumą, reikia daugiau energijos intensyvaus karštojo apdirbimo (pvz., kalimo 900–1000 laipsnių kampu) ir tolesnio apdorojimo (pvz., terminio apdorojimo, tikslaus apdirbimo). Jo didesnis kietumas taip pat pagreitina įrankio susidėvėjimą apdirbant, todėl padidėja įrankio keitimo ir apdorojimo laiko sąnaudos. CP Ti gali būti formuojamas šaltai{11}}kambario temperatūroje, naudojant mažesnes apdorojimo energijos sąnaudas ir įrankių sąnaudas.
Tiekimo grandinė ir rinkos paklausa
CP Ti turi brandžią ir didelės apimties{0}} tiekimo grandinę su stabiliais gamybos kiekiais (sudaro ~40 % pasaulinės titano produkcijos) ir plačiomis paskesniomis programomis (chemijos, medicinos, statybos), o tai skatina masto ekonomiją ir sumažina vieneto sąnaudas. Titano lydinių rinkoje dominuoja 5 klasės Ti (sudaro daugiau nei 50 % titano lydinio paklausos), tačiau jo paklausa sutelkta aukščiausios klasės sektoriuose (aviacijos ir kosmoso, biomedicinos), kuriems taikomi griežti kokybės sertifikavimo reikalavimai (pvz., 5 klasės Titano klasė turi atitikti AMS 4928 standartus). Sertifikavimo procesas (pvz., medžiagų atsekamumas, eksploatacinių savybių patikrinimas) prideda papildomų išlaidų, o pasiūlą dažnai riboja specializuoti gamybos pajėgumai, o tai dar labiau padidina kainas.
Techninių tyrimų ir plėtros bei kokybės kontrolės išlaidos
Ti Grade 5 plačiai naudojamas saugai -svarbiose srityse (pvz., orlaivių variklių mentėse, medicininiuose implantuose), todėl gamintojai turi daug investuoti į mokslinius tyrimus ir plėtrą, kad optimizuotų terminio apdorojimo procesus ir užtikrintų partijų-prie{5}}nuoseklumą. 5 klasės Ti kokybės patikra apima neardomuosius bandymus (ultragarsu, rentgeno spinduliais), mechaninių savybių bandymus (tempimo, nuovargio, valkšnumo) ir cheminės sudėties tikrinimą, o tikrinimo išlaidos sudaro 15–20 % visų gamybos sąnaudų. CP Ti turi žemesnes kokybės tikrinimo ribas (daugiausia orientuota į atsparumą korozijai ir pagrindines mechanines savybes), todėl su juo susijusios išlaidos yra daug mažesnės.
