مبدأ: يتم صب التيتانيوم المصهور في قوالب مسبقة الصنع وتصلبه لتكوين مكونات قريبة من الشكل-الصافي-، عادةً باستخدام صب الاستثمار (صب الشمع المفقود-) للأشكال الهندسية المعقدة.
الهيكل الداخلي
يحتوي التيتانيوم المصبوب (بما في ذلك التيتانيوم النقي تجاريًا والسبائك مثل GR.5) على بنية مجهرية خشنة اتجاهية تهيمن عليها حبيبات عمودية أو متساوية المحاور، مع درجة عالية من الفصل بين عناصر صناعة السبائك (على سبيل المثال، Al وV في GR.5) عند حدود الحبوب. غالبًا ما يحتوي هيكل الصب - على عيوب في الصب مثل مسامية الانكماش، ومسام الغاز (H₂، N₂)، والشوائب غير المعدنية (-TiO₂). بالنسبة للسبائك + مثل GR.5،-تكون البنية المجهرية المصبوبة في المقام الأول صفائحية + (بنية Widmanstätten)، دون أي تحسين كبير للحبيبات أو تطوير للنسيج.
كثافة
تبلغ الكثافة النظرية للتيتانيوم 4.51 جم/سم مكعب، لكن التيتانيوم المصبوب لديهالكثافة النسبية 95-98%بسبب المسامية وعيوب الانكماش. يمكن أن تؤدي تجاويف الانكماش الشديد أو المسام الكبيرة إلى تقليل الكثافة إلى أقل من 95%، مما يؤدي إلى تركيز الضغط وتدهور الأداء.
الخواص الميكانيكية
القوة والليونة: يتميز التيتانيوم المصبوب بقوة شد منخفضة-في درجة حرارة الغرفة (على سبيل المثال، حيث أن-يتميز GR.5 المصبوب بقوة شد تبلغ 700–750 ميجا باسكال، أي أقل بنسبة 15% تقريبًا من GR.5 المطروق الملدن) وضعف الليونة (استطالة بنسبة 5–8%، أقل من نصف درجات المطروق) بسبب الحبوب الخشنة والفصل. قوة إنتاجها منخفضة أيضًا (600-650 ميجا باسكال) مع تباين كبير ناتج عن التصلب الاتجاهي.
الصلابة والتعب: تبلغ صلابة الكسر مثل-cast GR.5 30–40 ميجاباسكال فقط.m¹/² (مقابل . 60 MPa·m¹/² للمواد المطروقة)، وقوة الكلال (10⁷ دورات) تبلغ 200–250 ميجا باسكال (انخفاض بنسبة 37–50% عن الدرجات المطروقة)، حيث تعمل العيوب كمواقع لبدء الشقوق.
أداء عالي في درجات الحرارة.-: يوفر الهيكل الصفائحي مقاومة معتدلة للزحف عند درجة حرارة 300-400 درجة، ولكن قوة درجة الحرارة العالية بشكل عام- تكون أقل شأنا من التيتانيوم المطاوع بسبب انخفاض الكثافة.
مبدأ: تتعرض قطع التيتانيوم إلى درجة حرارة عالية- (أقل من -نقل للسبائك +) لتشوه البلاستيك عن طريق المطرقة أو المطرقة بالضغط، مما يؤدي إلى كسر حبيبات الزهر الخشنة وتشكيل بنية مجهرية مشوهة.
الهيكل الداخلي
التيتانيوم مزورة لديهالمكرر والمشوه + البنية المجهريةمع تدفق الحبوب الاتجاهي (نسيج ليفي) على طول اتجاه الحدادة. يزيل الهيكل المطروق - عيوب الصب (المسامية والفصل) ويكسر الحبيبات الصفائحية الخشنة إلى حبيبات متساوية أو ثنائية الشكل + (اعتمادًا على درجة حرارة المطرقة ومعدل التبريد). بالنسبة إلى GR.5، يؤدي التلدين بعد التطريق إلى إنتاج بنية موحدة + متساوية بأحجام حبيبات تبلغ 5–10 ميكرومتر (مقابل . 50–100 ميكرومتر كمادة مصبوبة).
كثافة
يؤدي التزوير إلى إزالة المسام الداخلية وضغط المادة، مما يؤدي إلى أالكثافة النسبية أكبر من أو تساوي 99.5%، قريبة من الكثافة النظرية للتيتانيوم. يضمن التكثيف عدم وجود فراغات داخلية يمكن أن تسبب تركيز الإجهاد.
الخواص الميكانيكية
القوة والليونة: يتمتع GR.5 المطروق والمُلدن بقوة شد تبلغ 860–900 ميجا باسكال، وقوة خضوع تبلغ 800 ميجا باسكال، واستطالة تتراوح بين 10–15%، وهو ما يمثل مزيجًا متوازنًا من القوة العالية والليونة. يؤدي تدفق الحبوب الاتجاهي إلى تباين معتدل (القوة على طول اتجاه الحدادة أعلى بنسبة 5-10٪ من الاتجاه العرضي).
الصلابة والتعب: تصل صلابة الكسر إلى 55-65 ميجاباسكال·م¹/²، وقوة كلال الدورة 10⁷- تبلغ 350-400 ميجا باسكال، وهي أعلى بكثير من التيتانيوم المصبوب، بسبب صقل الحبوب وإزالة العيوب.
أداء عالي في درجات الحرارة.-: توفر البنية المجهرية ثنائية النسق لـ GR.5 المزورة مقاومة زحف ممتازة عند 300-400 درجة (سلالة الزحف<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
مبدأ: تتم معالجة سبائك أو قطع التيتانيوم عن طريق الدرفلة على الساخن/البارد لإنتاج صفائح أو ألواح أو شرائح، مع حدوث تشوه بلاستيكي على طول اتجاه الدرفلة لتشكيل بنية مجهرية مسطحة ومحكم.
الهيكل الداخلي
يحتوي التيتانيوم-المدلفن على الساخن علىإعادة بلورتها متساوية + بنية مجهريةمع حبيبات ممدودة على طول اتجاه التدحرج (تشكل نسيجًا متدحرجًا). التيتانيوم المدلفن على البارد (قبل التلدين) له بنية مشوهة ومتصلبة - ذات كثافة إزاحة عالية؛ يؤدي التلدين بعد الدرفلة على البارد إلى تحسين الحبوب إلى 3-5 ميكرومتر (أدق من التيتانيوم المطروق). بالنسبة لألواح GR.5، يتمتع الهيكل الملفوف بنسيج قاعدي قوي {0001}، مما يؤدي إلى تباين كبير في القابلية للتشكيل والخواص الميكانيكية.
كثافة
المتداول يحقق التكثيف الكامل معالكثافة النسبية أكبر من أو تساوي 99.8%، حيث أن التشوه الضغطي المستمر يزيل المسامية المتبقية ويضمن تعبئة المواد بشكل موحد. يعمل الدرفلة على البارد على تحسين الكثافة عن طريق تقليل الفجوات بين الحبيبات.
الخواص الميكانيكية
القوة والليونة: Annealed hot-rolled GR.5 sheets have a tensile strength of 850–880 MPa, yield strength of 780–800 MPa, and elongation of 12–18% (higher ductility than forged titanium due to finer grains). Cold-rolled (unannealed) GR.5 has ultra-high strength (tensile strength >1000 ميجاباسكال) ولكن ليونة منخفضة (استطالة<5%) due to work hardening.
الصلابة والتعب: تبلغ صلابة الكسر لـ GR.5 المدرفلة 50-60 ميجا باسكال · م¹/² (أقل قليلاً من الدرجات المطروقة بسبب تباين الخواص المستحث بالملمس-)، بينما تبلغ قوة الكلال 380-420 ميجا باسكال (أعلى من المواد المطروقة بسبب حجم الحبوب الدقيق والسطح الأملس للسطح).
القابلية للتشكيل: تتمتع الصفائح الملفوفة بقابلية تشكيل باردة ممتازة (على سبيل المثال، الثني والختم) على طول اتجاه التدحرج، ولكن قابلية التشكيل تكون ضعيفة في الاتجاه العرضي نظرًا لقوامها القوي، مما يحد من استخدامها في المكونات ذات الأشكال المعقدة-.
مبدأ: يتم ضغط مسحوق التيتانيوم (الذي يتم إنتاجه عبر رذاذ الغاز أو طرق-ديهيدريد (HDH) الهيدريد) وتكلسه في درجات حرارة عالية لتكوين مكونات كثيفة بالكامل، مما يتيح تصنيع الشكل القريب من-الصافي- والتحكم في البنية الدقيقة.
الهيكل الداخلي
PM التيتانيوم لديهبنية مجهرية موحدة ودقيقة-متساوية المحاور(حجم الحبوب 2-5 ميكرومتر) مع عدم وجود نسيج اتجاهي أو فصل، حيث تتم إعادة بلورة جزيئات المسحوق بالكامل أثناء التلبيد. بالنسبة لـ PM GR.5، تكون البنية المجهرية عبارة عن مصفوفة متجانسة مع جزيئات طور دقيقة - موزعة بشكل موحد. ومع ذلك، قد تبقى المسام المتبقية (أقل من أو تساوي 1٪ من الحجم) وشوائب الأكسيد الثانوية (من أكسدة سطح المسحوق) عند حدود الحبوب.
كثافة
تعتمد كثافة التيتانيوم PM على معلمات التلبيد: التيتانيوم الملبد بالفراغ لديهالكثافة النسبية 98-99.5%، في حين أن الضغط المتوازن الساخن (HIP) بعد المعالجة-يمكن أن يزيد الكثافة إلى أكبر من أو يساوي 99.8%، بما يتوافق مع مستويات التيتانيوم المطاوع. ينتج مسحوق HDH (الشكل غير المنتظم) كثافة أقل من المسحوق الغازي -الذري (الشكل الكروي) بسبب ضعف كفاءة التعبئة.
الخواص الميكانيكية
القوة والليونة: يمتلك PM GR.5 الملبد قوة شد تتراوح بين 800-850 ميجا باسكال، وقوة خضوع تتراوح بين 750-780 ميجا باسكال، واستطالة تتراوح بين 8-12% (أقل قليلاً من الدرجات المطاوع بسبب المسامية المتبقية). يحقق PM GR.5 المعالج بـ HIP قوة شد تبلغ 850-900 ميجا باسكال واستطالة تبلغ 10-15%، مقارنة بالتيتانيوم المطروق.
الصلابة والتعب: صلابة الكسر لـ PM GR.5 هي 45-55 ميجا باسكال · م¹/² (أقل من المواد المطاوع بسبب شوائب الأكسيد)، وقوة الكلال هي 300-350 ميجا باسكال (تم تحسينها إلى 380-400 ميجا باسكال مع HIP). يمنح الهيكل الحبيبي الناعم - تيتانيوم PM مقاومة تآكل ممتازة، تتجاوز تلك التي تتميز بها الدرجات المطروقة.
التكلفة والتخصيص: يتيح PM إنتاج مكونات معقدة مع الحد الأدنى من هدر المواد، ولكن أكسدة المسحوق والمسامية تحد من استخدامه في تطبيقات الفضاء الجوي عالية الإرهاق، مما يجعله مناسبًا للمكونات الصناعية والطبية (على سبيل المثال، غرسات العظام) ذات متطلبات أداء معتدلة.
