Anàlisi de les diferències de nucli entre els aliatges de titani de grau 2 i grau 5

L'aliatge de titani s'ha considerat com un material clau en -camps de gamma alta, com ara l'enginyeria aeroespacial, mèdica i química per la seva proporció superior de resistència a pes, resistència a la corrosió i biocompatibilitat. Entre molts graus d'aliatge de titani, el grau 2 (titani industrialment pur) i el grau 5 (Ti-6Al-4V) són els dos graus més populars, tenen diferències fonamentals en el disseny de la composició, les característiques de rendiment i el camp d'aplicacions. Aquest article analitzarà sistemàticament les diferències de les 8 dimensions bàsiques, proporcionant referències precises de selecció de materials per als compradors i enginyers estrangers.

La composició química és la diferència fonamental entre els dos, que determina directament la microestructura del material i la base de rendiment. El grau 2 pertany al titani pur comercial (CP Titani), amb el titani com a component químic principal absolut i una puresa superior al 99,2%. Només conté traces d'impureses, amb un contingut d'oxigen inferior o igual al 0,25% i un contingut de ferro inferior o igual al 0,30%. No hi ha elements d'aliatge afegits intencionadament, i presenta una única estructura de fase alfa a temperatura ambient. El grau 5 és un aliatge de titani típic + de fase dual, designat oficialment com a Ti-6Al-4V, amb un disseny de composició precís i controlable. A més d'un 90% de la matriu de titani, s'afegeixen específicament del 5,5% al ​​6,75% d'alumini i del 3,5% al ​​4,5% de vanadi. L'alumini és l'estabilitzador de fase - i té la capacitat d'augmentar la resistència a la calor, mentre que el vanadi és l'estabilitzador de fase -, que augmenta la tempabilitat. L'efecte combinat d'aquests dos elements d'aliatge condueix a la formació d'una microestructura de fase dual + que és la base de la seva propietat d'alta resistència. A més, el grau 5 té un control més estricte de les impureses, amb un contingut d'oxigen inferior o igual al 0,20%, per evitar afectar l'equilibri de resistència i duresa de l'aliatge.

La diferència de propietats mecàniques és un reflex directe del disseny dels components i també la base bàsica per a la selecció. Les propietats mecàniques del grau 2 presenten les característiques de "resistència moderada i alta plasticitat". La resistència a la tracció en estat recuit és només de 345-480MPa, la resistència a la fluència és de 275-380MPa, però l'allargament pot arribar al 20% -28% i la tenacitat a la fractura supera els 60MPa √ m. Té una excel·lent conformabilitat i resistència a l'impacte. En canvi, el grau 5 ha aconseguit un salt qualitatiu en el rendiment de la resistència, amb una resistència a la tracció recoberta de fins a 895-930MPa i un límit elàstic de 825-869MPa. Després del tractament d'envelliment de la solució sòlida, la resistència a la tracció es pot augmentar encara més fins a 1100-1200MPa, que és 2-3 vegades la del grau 2. No obstant això, amb l'augment de la resistència acompanyat d'una disminució de la plasticitat, el seu allargament és només del 10% al 15% i la seva tenacitat a la fractura és lleugerament inferior (55-70 MPa), que presenta una resistència de 55-70 MPa. plasticitat moderada". A més, el mòdul elàstic del grau 5 (114GPa) és superior al del grau 2 (103GPa), cosa que indica una millor rigidesa del material, mentre que la densitat és lleugerament inferior (4,43 g/cm³ vs 4,51 g/cm³), cosa que indica un avantatge significatiu en la relació resistència/pes.

El rendiment de resistència a la corrosió mostra avantatges específics a causa de les diferències en la composició i organització del material. El grau 2, com a titani pur, té una resistència a la corrosió gairebé perfecta i pot funcionar de manera estable en medis àcids com ara aigua de mar, solucions de clorur, àcid nítric, àcid acètic i ambients alcalins. La densa pel·lícula d'òxid formada a la superfície pot bloquejar eficaçment la penetració de mitjans corrosius, especialment adequat per a condicions de corrosió fortes. El grau 5 també té una excel·lent resistència a la corrosió, superant amb escreix els materials tradicionals com l'acer inoxidable. Tanmateix, a causa de la influència dels elements d'aliatge, la seva resistència a la corrosió és lleugerament inferior a la del grau 2 en alguns àcids reductors (com l'àcid clorhídric) i en ambients de clorur d'alta concentració. Tanmateix, el grau 5 té un millor rendiment d'oxidació a alta -temperatura i pot mantenir una resistència a la corrosió i propietats mecàniques estables en entorns d'alta temperatura inferior o igual a 300 graus, mentre que la força del grau 2 disminuirà significativament després de superar els 300 graus, amb una temperatura de funcionament màxima que no superi els 400 graus.

La dificultat i la fabricabilitat de les tècniques de processament difereixen significativament, afectant directament l'eficiència i els costos de producció. La dificultat de processament del grau 2 és relativament baixa. Amb una plasticitat excel·lent, es pot aconseguir fàcilment la formació de treball en fred, com ara laminació, estampació i flexió. Té un excel·lent rendiment de soldadura i pot obtenir soldadures d'alta-qualitat mitjançant processos de soldadura convencionals. La deformació després de la soldadura és petita i no requereix una correcció complexa del tractament tèrmic. El seu rendiment de tall també és millor, amb menys desgast de l'eina i una eficiència de mecanitzat més alta que el grau 5. La dificultat de processament del grau 5 ha augmentat significativament. A causa de la seva alta resistència i baixa conductivitat tèrmica (només al voltant d'un-terç del grau 2, 6,7 W/m · K), l'eina d'alta-temperatura es pot enganxar durant el procés de tall. Es necessiten eines de tall d'aliatge dur d'alt cobalt per controlar la velocitat de tall per sota dels 30 m/min. Es requereix un control estricte dels paràmetres del procés durant la soldadura, mitjançant filferro de soldadura especialitzat ERTi-5. Després de la soldadura, cal realitzar un tractament de recuit a 700-800 graus per eliminar l'estrès i evitar l'aparició de fragilitat. A més, el grau 5 es pot reforçar encara més mitjançant el tractament tèrmic (envelliment de la solució), mentre que el grau 2, com a titani pur, només pot eliminar l'estrès de processament mitjançant el tractament tèrmic i no pot millorar la resistència.

La diferència en els escenaris d'aplicació rau en la concordança precisa de les característiques de rendiment, que cobreixen diferents camps{0}}de gamma alta. El grau 5, amb els seus avantatges bàsics de "alta resistència, lleugeresa i resistència a alta temperatura", representa més del 50% de l'ús global d'aliatge de titani i és el material preferit a la indústria aeroespacial. S'utilitza àmpliament en components estructurals clau com el tren d'aterratge d'avions, les pales del ventilador del motor i els elements de fixació del fuselatge, aconseguint una reducció de pes del 40% en comparació amb l'acer. Els elements de fixació del fuselatge de l'avió Boeing 787 utilitzen la versió Ti-6Al{-4V ELI (nivell d'autorització ultra-baix). En l'àmbit mèdic, el grau 5 és adequat per a implants de càrrega-com ara articulacions artificials i implants dentals. Pot millorar la resistència al desgast mitjançant el tractament d'oxidació de micro arc i ha de complir la norma ASTM F136 (contingut d'oxigen inferior o igual al 0,13%). A més, s'utilitza àmpliament en camps energètics, com ara cossos de vàlvules de perforació-de mar profund i revestiments de dipòsits d'emmagatzematge d'energia d'hidrogen. El grau 2 se centra en l'escenari de demanda d'"alta resistència a la corrosió i fàcil modelat", que s'utilitza a la indústria química per fabricar equips resistents a la corrosió com ara recipients de reacció, canonades i intercanviadors de calor; S'utilitza en l'àmbit mèdic per a components que no suporten càrrega, com ara ossos artificials i contenidors mèdics; La indústria marina s'utilitza per a equips de dessalinització d'aigua de mar, canonades de vaixells i altres aplicacions, així com per a components estructurals de parets primes que requereixen modelat complex.

La diferència significativa entre el cost i la situació de l'oferta del mercat afecta les decisions d'adquisició i els pressupostos dels projectes. El cost de producció del grau 2 és més baix, amb els preus de les matèries primeres que oscil·len entre els 15 i els 25 dòlars per quilogram. A causa de la seva senzilla tecnologia de processament, el cost de fabricació posterior és relativament baix i l'oferta del mercat és suficient. Les especificacions convencionals (plaques, canonades, barres) es poden lliurar ràpidament. El cost del grau 5 és significativament més alt, amb els preus de les matèries primeres que oscil·len entre els 30 i els 60 dòlars per quilogram. A més, la dificultat de processament i la necessitat d'equips i processos especialitzats donen com a resultat un cost de fabricació complet 2-3 vegades superior al del grau 2. No obstant això, a causa del seu avantatge insubstituïble d'alta-constància, encara manté una demanda estable del mercat en el camp-de gamma alta, especialment en el sector aeroespacial i d'alta gamma, on el subministrament ha de seguir els estàndards estrictes de la indústria mèdica AMS14, estàndard de forja, estàndard mèdic ISO 5832-3).

Les diferències d'equivalència entre els sistemes estàndard i els noms de marques requereixen una atenció especial per garantir el compliment de les compres transfrontereres-. Els estàndards internacionals corresponents al grau 2 inclouen ASTM B265 (full/banda), ASTM B338 (tuba), norma nacional xinesa de grau equivalent TA2 i la norma ISO ISO 5832-2. Els estàndards internacionals de grau 5 són més diversos, i inclouen ASTM B348 (barres/billets), AMS 4911 (forjades d'aviació), ASTM F136 (implants mèdics), amb l'estàndard nacional xinès de grau equivalent TC4 i la norma ISO ISO 5832-3. Quan es compra a l'estranger, cal tenir en compte que el grau 5 té una distinció entre el grau convencional i el grau ELI (gap ultra baix). El grau ELI té un contingut d'impureses més baix (oxigen inferior o igual al 0,13%) i una millor biocompatibilitat. Està dissenyat específicament per a escenaris mèdics i de baixa temperatura i no s'ha de confondre amb el Grau 5 convencional.

Principis de selecció i resum: el nucli per triar el grau 2 i el grau 5 rau a equilibrar "requisits de rendiment, dificultat de processament i pressupost de costos". En cas que l'aplicació estigui relacionada amb la resistència a la corrosió i la conformabilitat de la làmina, sense implicar càrregues elevades (com canonades químiques o contenidors mèdics), el grau 2 és l'opció més assequible; Si heu d'aconseguir un bon equilibri entre una resistència molt alta, un pes lleuger i una resistència acceptable a altes temperatures (per exemple, en peces estructurals d'aviació, implants mèdics de càrrega-, equips d'aigües profundes-), heu d'anar al grau 5, tot i que incorreu en un cost més elevat i amb més restriccions de processament. Els indicadors de rendiment s'han d'aclarir i es recomana una selecció de precisió en funció de la càrrega, el medi, la temperatura, la tecnologia de processament i els estàndards de la indústria tenint en compte les condicions reals de funcionament (incloent-hi) abans de comprar.

Correu electrònic:bjcxtitanium@gmail.com       

               cxtitanium@outlook.com

Whatsapp:+8613571718779