ما هي قوة الشد من درجة التيتانيوم

1. ما هي قوة الشد لدرجات التيتانيوم؟

تختلف قوة الشد (الحد الأقصى للضغط الذي يمكن أن يتحمله المادة قبل الانفصال تحت التوتر) بشكل كبير عبر درجات التيتانيوم ، ويرجع ذلك بشكل أساسي إلى الاختلافات في تكوين السبائك (التيتانيوم النقي مقابل التيتانيوم) والمعالجة الحرارية. أدناه هو انهيارنطاقات قوة الشد النموذجيةبالنسبة لدرجات التيتانيوم التجارية المشتركة ، استنادًا إلى معايير الصناعة (على سبيل المثال ، ASTM ، ISO):

درجة التيتانيوم	تسمية السبائك	نطاق قوة الشد (MPA)	نطاق قوة الشد (KSI)	ملاحظات رئيسية
الصف 1	تجاريا نقية (CP) ti	240 – 370	35 – 54	أنعم التيتانيوم نقي. أعلى ليونة ، أدنى قوة.
الصف 2	CP TI	345 – 450	50 – 65	الأكثر شيوعا درجة التيتانيوم النقي. ليونة متوازنة وقوة.
الصف 3	CP TI	485 – 620	70 – 90	قوة أعلى من الصفوف 1/2 (بسبب ارتفاع محتوى الأكسجين) ؛ انخفاض ليونة.
الصف 4	CP TI	620 – 795	90 – 115	أقوى درجة التيتانيوم نقي. تستخدم للتطبيقات التي تتطلب قوة أعلى بدون سبائك.
الصف 5	TI-6AL-4V	860 – 930	125 – 135	الأكثر استخداما على نطاق واسع من سبيكة التيتانيوم. قوة عالية (مقابل TI النقي) من إضافات الألومنيوم والفاناديوم.
الصف 6	Ti-5al-2.5sn	760 – 895	110 – 130	سبيكة ألفا (مستقرة في درجات الحرارة العالية) ؛ القوة الأمثل لخدمة ارتفاع درجة الحرارة.
الصف 7	Ti-0.15pd	345 – 450	50 – 65	CP TI مع إضافة البلاديوم (PD) ؛ نفس القوة مثل الصف 2 ولكن مقاومة التآكل متفوقة.
الصف التاسع	TI-3AL-2.5V	620 – 795	90 – 115	سبيكة ألفا بيتا. القوة المتوازنة والقدرة على التشكيل (أضعف من الصف 5).
الصف 12	Ti-0.3mo-0.8ni	485 – 655	70 – 95	سبيكة القريبة من ألفا. مقاومة جيدة للتآكل في البيئات الحمضية ؛ قوة معتدلة.
الصف 23	TI-6AL-4V ELI	860 – 930	125 – 135	إصدار "خلفي منخفض" من الصف 5 ؛ نفس القوة ولكن نقاء أعلى (للزراعة الطبية).

ملاحظة حرجة: يمكن ضبط قوة الشد عبرالمعالجة الحرارية. على سبيل المثال ، يمكن أن تصل الصف 5 (Ti-6AL-4V) إلى 1100 ميجا باسكال (160 كيلوغرام) عندما يتم التعامل مع الحرارة إلى "حلول معالجة وعمرية" (STA) ، مقارنة بمجموعة من 860-930 ميجا باسكال.

2. أي درجة من التيتانيوم هي الأقوى؟

يعتمد درجة التيتانيوم "الأقوى" علىسياق التطبيق(على سبيل المثال ، درجة حرارة الغرفة مقابل الاستخدام العالي درجات الحرارة ، ومتطلبات الابناء) ، ولكن لالاستخدام التجاري والصناعي العام (درجة حرارة الغرفة)، أقوى الدرجات المشتركةعالي القوة ألفا بيتا أو سبائك التيتانيوم بيتا-لا التيتانيوم نقي. هذا هو الانهيار:

أ. أقوى بين الدرجات التجارية المشتركة

الصف 5 (TI-6AL-4V)ومتغيراتها (على سبيل المثال ، الصف 23 TI-6AL-4V ELI) هي أكثر درجات التيتانيوم عالي القوة استخدامًا. في حالتهم الصلب ، لديهم قوة شد من 860 - 930 MPa (125–135 KSI). مع المعالجة الحرارية (STA: الحل المعالجة عند حوالي 920 درجة ، مرسومة ، ثم تتراوح أعمارهم بين 500 درجة) ، تزيد قوتها الشد إلى1،030-1،100 ميجا باسكال (150-160 كيلوغرام).

الصف 18 (TI-3AL-2.5V ELI): على غرار الصف 9 ولكن مع شوائب أقل ؛ يمكن أن تصل الإصدارات المعالجة بالحرارة إلى نقاط قوة الشد حتى 895 ميجا باسكال (130 كيلوغرامات) ، لكنها لا تزال أقل من الصف 5.

ب. درجات متخصصة ذات قوة عالية

لمتطلبات القوة الشديدة (على سبيل المثال ، الفضاء ، الدفاع) ،سبائك التيتانيوم بيتا(التي لها بنية مجهرية ذات مرحلة تجريبية بالكامل) أقوى من سبائك Alpha-Beta مثل الصف الخامس. تشمل الأمثلة:

TI-10V-2FE-3AL (الصف 24): قوة الشد تصل إلى1200 ميجا باسكال (174 KSI)عند معالجة الحرارة.

TI-5AL-5MO-5V-3CR (TI-5553): سبيكة قريبة من البيتا مع قوة الشد تتجاوز1300 ميجا باسكال (188 كيلوغرام)واحد من أقوى سبائك التيتانيوم متوفرة تجاريا.

بالنسبة لمعظم التطبيقات القياسية (مكونات الفضاء الجوي ، والزرع الطبي) ،الصف 5 (TI-6AL-4V)هو أقوى درجة "العمود الفقري".

بالنسبة للاحتياجات ذات القوة المرتفعة ، فإن سبائك بيتا المتخصصة (على سبيل المثال ، TI-10V-2FE-3AL ، TI-5553) أقوى ولكنها أقل شيوعًا وأكثر تكلفة.

info-444-443 info-438-445

info-438-445 info-442-442

3. ما هي أغلى درجة من التيتانيوم؟

أغلى درجات التيتانيوم لا تعتمد على التكلفة الثابتةتعقيد السبائك ، والتحكم في الشوائب (نقاء) ، وصعوبة التصنيع ، والطلب في السوق. ومع ذلك ، فإن الدرجات الأكثر دفعة عادة ما تنقص في ثلاث فئات:

1.

تحتوي سبائك بيتا التيتانيوم على عناصر مكلفة لسبائك (على سبيل المثال ، الموليبدينوم ، التانتالوم ، النيوبيوم) وتتطلب معالجة حرارية دقيقة. تنبع تكلفتها العالية من:

المواد الخام باهظة الثمن: الموليبدينوم (MO) و tantalum (TA) أكثر تكلفة بكثير من الألومنيوم (AL) أو الفاناديوم (V) (المستخدمة في الصف 5).

المعالجة المعقدة: غالبًا ما تحتاج سبائك بيتا إلى ذوبان متخصص (على سبيل المثال ، Remelting Arc الفراغ ، VAR) والمعالجة الحرارية لتحقيق البنية المجهرية.

أمثلة:

TI-10V-2FE-3AL (الصف 24): يستخدم في الفضاء (معدات الهبوط ، المكونات الهيكلية) والأجهزة الطبية. تكلفته ~ 2-3x أعلى من الصف 5.

TI-5AL-5MO-5V-3CR (TI-5553): تستخدم لقطع غيار الفضاء عالي الضغط. يمكن أن تتجاوز التكلفة 100 دولار لكل رطل (مقابل 30 دولارًا إلى 50 دولارًا لكل رطل للصف 5 ، اعتبارًا من 2024).

2. "درجات منخفضة منخفضة (ELI)" لاستخدام طبي/عالي التقنية

درجات ELI لها حدود صارمة على الشوائب الضارة (على سبيل المثال ، الأكسجين ، الكربون ، النيتروجين ، الهيدروجين) لضمان التوافق الحيوي أو الأداء العالي. تزيد خطوات التنقية الإضافية تكاليف:

الصف 23 (TI-6AL-4V ELI): تستخدم لزراعة العظام (بدائل الورك/الركبة) وتركيبات الأسنان. يكلف ~ 15-30 ٪ أكثر من الصف 5 القياسي بسبب التحكم في الشوائب.

الصف 18 (TI-3AL-2.5V ELI): يستخدم للأنابيب الطبية. Priciver من الصف التاسع (نظيره غير ELI) لنفس السبب.

3. سبائك التيتانيوم عالية الحرارة المتخصصة

غالبًا ما تشمل السبائك المصممة لخدمة درجة حرارة مرتفعة (على سبيل المثال ، مكونات محرك JET) عناصر نادرة مثل Niobium (NB) أو التنغستن (W) ، تكاليف متزايدة:

TI-6AL-2SN-4ZR-2MO (الصف 29): سبيكة ألفا بيتا عالية الحرارة المستخدمة في ضواغط المحرك. تكلفتها أعلى ~ 2x من الصف 5 بسبب الإضافات الزركونيوم (ZR) و Molybdenum.

الأغلى درجات التيتانيوم هي سبائك تجريبية متخصصة (على سبيل المثال ، TI-5553 ، TI-10V-2FE-3AL)ودرجات ELI عالية النقاء للتطبيقات الحرجة. يمكن أن تكون تكلفتها أعلى من 2 إلى 5 مرات من الدرجات القياسية مثل الصف 5 ، مدفوعة بتكاليف المواد الخام ، والتنقية ، والمعالجة المعقدة.