Титан 5-го класса по сравнению с другими марками титана: свойства, прочность и выбор

Марки титана делятся на две семьи. Марки коммерческой чистоты 1–4 представляют собой нелегированный титан, прочность которого контролируется главным образом содержанием межузельного кислорода и железа с пределами, установленными ASTM B265. В состав сплавов добавляют такие элементы, как алюминий и ванадий; Наиболее широко используются класс 5 (Ti-6Al-4V), класс 9 (Ti-3Al-2,5V) и класс 23 (Ti-6Al-4V ELI). В Китае на эквивалентные листы, пластины и полосы распространяется стандарт GB/T 3621, а сплавы для медицинских имплантатов соответствуют стандарту ISO 5832-3. Каждое значение прочности, указанное в этой статье, является минимальным для отожженного продукта согласно ASTM B265, если не указан другой стандарт.

Марка 5 представляет собой альфа-бета-сплав: алюминий стабилизирует альфа-фазу, а ванадий стабилизирует бета-фазу, что делает сплав термообрабатываемым. Диапазон его состава по ASTM B265 составляет Al 5,5–6,75 %, V 3,5–4,5 %, Fe менее или равно 0,40 % и O менее или равно 0,20 %. В отожженном состоянии он обеспечивает минимальную прочность на разрыв 895 МПа, минимальный предел текучести 828 МПа и удлинение 10%, а практический диапазон эксплуатации составляет примерно от -210 до 400 градусов. Термическая обработка может еще больше повысить прочность участков толщиной менее 25 мм; прокаливаемость ограничена, поэтому более толстые секции могут не проявить полных свойств.

Класс 5 хорошо сваривается при использовании соответствующей присадочной проволоки или присадочной проволоки ELI и строгой защиты инертным-газом, а также легко-формуется в горячем состоянии. Холодная штамповка ограничена по сравнению с марками CP. Типичное применение — детали и крепежные детали самолетов, высоко-компоненты, работающие под давлением, морское оборудование и-спортивные товары высокого класса, где соотношение прочности-к-весу имеет значение.

Марки CP представляют собой однофазные альфа-сплавы. Их химическое различие заключается в основном в кислороде и железе: в классе 1 O меньше или равно 0,18% и Fe меньше или равно 0,20%, в классе 2 O меньше или равно 0,25% и Fe меньше или равно 0,30%, в классе 3 O меньше или равно 0,35% и Fe меньше или равно 0,30%, а в классе 4 содержится O меньше. более или равно 0,40% и Fe менее или равно 0,50% согласно ASTM B265. Таким образом, минимальная прочность на разрыв возрастает с 240 МПа (класс 1) до 345 МПа (класс 2), 450 МПа (класс 3) и 550 МПа (класс 4).

Марка 1 является наиболее пластичной из семейства и широко используется для пластинчатых теплообменников, футерованных сосудов и деталей глубокой-вытяжки. Класс 2 — это наиболее рекомендуемая марка CP для химических заводов, трубопроводов морской воды и оборудования установок для отбеливания-: она сочетает в себе полезную прочность с исключительной устойчивостью к влажному хлору и горячим хлоридным средам, поэтому смесители диоксида хлора, трубопроводы и крепежные детали на современных установках для отбеливания обычно относятся к классу 2. Классы 3 и 4 назначаются, когда необходима более высокая прочность без ущерба для коррозионных характеристик семейства CP, например, сосуды под давлением и морская арматура.

Марка 23 содержит такое же содержание алюминия и ванадия, что и марка 5, но производится с очень-низким содержанием междоузлий: содержание кислорода ограничено 0,13 % вместо 0,20 %, при этом осуществляется более строгий контроль содержания железа и других остатков. Результатом является лучшая вязкость разрушения и пластичность при низких температурах, а также более чистая микроструктура для применения в имплантатах. ISO 5832-3 охватывает класс 23 для хирургических имплантатов, а ASTM B265 — форму продукта. Не считайте класс 23 и класс 5 взаимозаменяемыми: версия ELI стоит дороже и предназначена для случаев, когда прочность, усталостная долговечность и биосовместимость имеют решающее значение, в то время как класс 5 остается общим инженерным выбором.

Марка 9 (Ti-3Al-2,5V, UNS R56320) находится между марками CP и маркой 5 с минимальной прочностью на разрыв 620 МПа и заметно лучшей способностью к холодной штамповке и свариваемости. Это распространенный выбор для гидравлических трубок, воздуховодов в аэрокосмической отрасли и велосипедных рам, где умеренная прочность должна сочетаться с легкостью формования.

В таблице ниже указаны минимальные значения отжига по ASTM B265 для листов, пластин и полос; Класс 23 дополнительно соответствует стандарту ISO 5832-3 для применения с имплантатами. Используйте его в качестве первого фильтра, а затем сверьтесь с сертификатом завода фактической партии.

Коррозионная стойкость

В большинстве водных сред марки CP демонстрируют равную или немного лучшую коррозионную стойкость, чем марка 5. Марка 5 образует стабильную пассивную пленку и хорошо работает в окислительных кислотах и ​​многих хлоридных средах, но в горячих восстановительных кислотах и ​​в условиях, -подверженных воздействию хлоридов, марки CP являются более безопасными. Например, класс 2 практически невосприимчив к влажному хлору при температуре от 10 до 80 градусов, поэтому он доминирует в трубопроводах и смесителях установок для отбеливания.

Формируемость

Сорта CP, особенно сорта 1 и 2, легко формуются в холодном состоянии и могут подвергаться глубокой вытяжке, прядению и сгибанию с небольшими припусками. Марка 5 имеет ограниченную способность к холодной штамповке и обычно подвергается горячей-формовке; его пружинение и истирание должны быть предусмотрены при оснащении и смазке.

Свариваемость

Обе семьи объединяются, но правила различаются. Марка 2 является одной из самых простых в сварке марок титана и часто используется для сварки химических труб. Для класса 5 требуется соответствующая присадочная проволока или присадочная проволока ELI, тщательная очистка поверхности и строгая защита инертным-газом; Благодаря этим мерам получаются прочные, пластичные сварные швы, хотя свойства зоны сварного шва могут упасть ниже прочности основного-металла в толстых сечениях.

Расходы

Марка 5 обычно стоит дороже, чем марка CP, из-за легирующих элементов и дополнительной обработки. Уровень 23 (ELI) имеет дополнительное преимущество из-за низкого-промежуточного контроля и медицинской-отслеживаемости. Уровень 2 является экономичным по умолчанию для защиты от коррозии; Сорт 1 стоит аналогично и требует немного прочности для максимальной формуемости.

Выполните эти пять проверок по порядку, а затем сравните стоимость и наличие на складе.

Медицинский имплантат или криогенный компонент?Используйте класс 23 (Ti-6Al-4V ELI) согласно ISO 5832-3, с ограничением содержания кислорода до 0,13%.

Высокая структурная нагрузка при умеренной температуре?Используйте класс 5 (Ti-6Al-4V); подтвердить соответствие толщины сечения пределам термообработки.

Водная коррозионная нагрузка (морская вода, влажный хлор, хлориды, кислоты)?Используйте уровень 2; выберите класс 1, когда доминируют пластичность и формовка, как в пластинчатых теплообменниках.

Вам нужна более высокая прочность, чем у класса 2, при сохранении коррозионных характеристик CP?Используйте класс 4 для крепежа и износостойких-промышленных деталей.

Тонкостенные-трубки, которые должны легко гнуться и свариваться при умеренной прочности?Используйте класс 9 (Ti-3Al-2,5V).

Если сорт-кандидат удовлетворяет более чем одному маршруту, определитесь с поставками и стоимостью: класс 2 и класс 5 доминируют в наличии на складах во всем мире, тогда как класс 23 и класс 9 обычно требуют времени выполнения заказа и минимального количества.

Мы являемся специализированным заводом, специализирующимся на исследованиях, разработках и производстве изделий из титана и титановых сплавов. Оснащенные основным оборудованием, таким как печи вакуумно-дуговой переплавки (VAR), прессы для быстрой ковки, прецизионные прокатные станы и обрабатывающие центры с ЧПУ, мы способны производить полный спектр продукции, включая титановые пластины, трубы, прутки, проволоку и прецизионные поковки. Мы осуществляем строгий контроль качества на протяжении всего процесса от сырья до готовой продукции. Наша лаборатория оснащена такими контрольно-измерительными приборами, как оптически-эмиссионные спектрометры (ОЭС), универсальные испытательные машины и ультразвуковые дефектоскопы, что гарантирует полное соответствие состава продукции, механических свойств и внутреннего качества международным стандартам, таким как ASTM, AMS и GB/T. Мы стремимся предоставлять высоко-производительные, высоко-точные решения из титана и надежные услуги в сфере цепочки поставок клиентам по всему миру в аэрокосмической, медицинской, химической и-высококлассной отраслях потребительских товаров.

Вопрос 1. Пятый класс — это то же самое, что 23-й класс?

Нет. Оба изготовлены из Ti-6Al-4V, но класс 23 — это версия ELI (сверхнизкое межузельное содержание), в которой содержание кислорода ограничено 0,13 % вместо 0,20 %. Класс 23 указан для хирургических имплантатов по ISO 5832-3 и для криогенной эксплуатации; он стоит дороже и не является заменой 5-го класса по общему машиностроению.

В2. Какая марка титана лучше всего подходит для морской воды?

Для трубопроводов, теплообменников и резервуаров обычно выбирают класс 2 из-за сочетания коррозионной стойкости, свариваемости и стоимости. Класс 5 используется для крепежа и конструкционных кронштейнов, предназначенных для морской воды, где прочность является определяющим требованием.

Вопрос 3. Какова фактическая прочность на разрыв классов 5 и 2?

Минимум отожженного материала согласно ASTM B265: класс 5 имеет предел прочности на растяжение 895 МПа и предел текучести 828 МПа; Марка 2 имеет предел прочности на растяжение 345 МПа и предел текучести 275 МПа. Всегда сверяйтесь с сертификатом завода, поскольку фактические значения варьируются в зависимости от формы продукта и термической обработки.

Вопрос 4. Можно ли сваривать титан Grade 5?

Да. Используйте подходящую присадочную проволоку или проволоку ELI, тщательно очистите область соединения и защитите зону сварки защитным газом. При соблюдении этих условий сварные швы являются прочными и пластичными; холодная штамповка Grade 5, напротив, ограничена.

Вопрос 5. Какой сорт самый дешевый?

Среди распространенных классов класс 2 является экономичным по умолчанию для защиты от коррозии, а класс 1 находится на аналогичном уровне. 5-я степень стоит дороже, а 23-я степень (ELI) — самая дорогая из рассматриваемых здесь степеней из-за низкого-интерстициального контроля и медицинской-отслеживаемости.