Wat is het verschil tussen puur titanium en titaniumlegering GR5?

Veelgebruikte titaniumkwaliteiten

GR1 (Grade2) industrieel puur titanium

GR2 (Grade3) industrieel puur titanium

GR7 (Graad 11) Ti-0.2Pd

GR10 (Graad 12) Ti-0.3Mo-0.8Ni

GR5 (AB-1) Ti-6Al-4V

Industrieel puur titanium is onderverdeeld in drie kwaliteiten: GR1, GR2 en GR3, afhankelijk van het onzuiverheidsgehalte. De interstitiële onzuiverheidselementen van deze drie soorten industrieel puur titanium nemen geleidelijk toe, dus hun mechanische sterkte en hardheid nemen ook geleidelijk toe, maar de plasticiteit en taaiheid nemen dienovereenkomstig af.

Het industrieel zuivere titanium dat gewoonlijk in de industrie wordt gebruikt, is GR2 vanwege zijn matige corrosieweerstand en uitgebreide mechanische eigenschappen. GR3 kan worden gebruikt wanneer hogere eisen op het gebied van slijtvastheid en sterkte vereist zijn. GR1 kan worden gebruikt wanneer betere vormprestaties vereist zijn.

GR1, GR2 en GR3 in de nationale norm komen overeen met Gr0, Gr1 en Gr2 in de UNS.

GR1 en GR2 hebben een goede taaiheid bij lage temperaturen en een hoge sterkte bij lage temperaturen wanneer het ijzergehalte ω 0 is.095%, het zuurstofgehalte ω is 0.{{10} }8%, het waterstofgehalte ω is 0,0009% en het stikstofgehalte ω is 0,0062%, en kan worden gebruikt als structurele materialen voor lage temperaturen onder -253 graad.

Het verschil tussen GR1 en GR2 is dat deze laatste een hoger ijzer- en zuurstofgehalte heeft, waardoor de sterkte van GR2 hoger is dan GR1.

GR5 vertegenwoordigt de meeste titaniumlegeringen bij lage temperaturen. De sterkte ervan zal toenemen naarmate de temperatuur daalt, maar de plasticiteit zal niet veel veranderen. Het behoudt een goede ductiliteit en taaiheid bij lage temperaturen van -196-253 graden, waardoor de koude brosheid van metaal wordt vermeden, waardoor het een ideaal materiaal is voor cryogene containers, opslagdozen en andere apparatuur.

Er zijn veel merken en varianten van titaniumlegeringen, meer dan 100 soorten. Er zijn 40-50 typen beschikbaar in de industrie, en er worden er slechts een tiental het meest gebruikt. Deze omvatten diverse industriële zuivere titanium en geselecteerde titaniumlegeringen met verschillende smaken, zoals Ti-6AL-4V, Ti-5AL-2.5Sn, Ti{{7} }AL-1.5Mn, Ti-3AL-2.5V, Ti-6AL- 2Sn-4Zr-2Mo , Ti-6AL-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-8AL-1Mo-1V, Ti{{ 24}}V-11Cr-3AL, Ti-15V—3Cr-3AL-Sn en Ti-10V-2Fe{{ 33}}AL en Ti-0.20Pd, Ti-0.3Mo-0.8Ni, enz. Voor de meeste landen zijn de eerste twee belangrijke legeringen (Ti-6 Al-4V; Ti-5Al-2.5Sn) zijn de meest typische en worden erkend door landen over de hele wereld.

Titaniumlegeringen worden over het algemeen genoemd op basis van hun structuur, namelijk titaniumlegeringen (inclusief bijna-titaniumlegeringen), titaniumlegeringen en (+) titaniumlegeringen. In Chinese nationale normen worden TA, TB en TC gebruikt als voorvoegsels om het type titaniumlegering weer te geven, gevolgd door een getal om het serienummer van de legering weer te geven. TA staat bijvoorbeeld voor alfa-titaniumlegering, GR6-titaniumlegering is Ti5Al-2.5Sn-legering; TB vertegenwoordigt bèta-titanium. Legering, TB2 is Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al-legering; TC staat voor + legering, zoals de GR5-titaniumlegering Ti-6Al-4V-legering is.

Alfatitaniumlegeringen bevatten voornamelijk alfastabiele elementen. In stabiele toestand bij kamertemperatuur zijn het in principe alfafase titaniumlegeringen, zoals industrieel puur titanium (GR1, GR2, GR3, GR4) en GR6 (Ti-5Al-5Sn). Alfa-titaanlegeringen worden voornamelijk gebruikt in de chemische, petrochemische en verwerkende industrie. In deze industrieën is de voornaamste overweging de corrosieweerstand en verwerkbaarheid van de legering. Industrieel zuiver titanium (TA0-GR3 vier typen), GR7 titaniumlegering palladiumbevattende legering (GR7 titanium-palladiumlegering) en legeringen die kleine hoeveelheden molybdeen en nikkel bevatten (GR10 titanium-molybdeen-nikkellegering) hebben de voorkeur.

In de buurt van een titaniumlegering wordt aan dit type titaniumlegering een kleine hoeveelheid stabiliserende elementen toegevoegd. In een stabiele toestand bij kamertemperatuur bevat de uitgegloeide structuur een kleine hoeveelheid fase- of intermetallische verbindingen, doorgaans niet meer dan 10%, zoals GR11 (Ti-8Al-1Mo-1 V), een titaniumlegering die in de Verenigde Staten is ontwikkeld voor gebruik bij hoge temperaturen, maar een hoog aluminiumgehalte kan problemen met thermische zoutspanningscorrosie veroorzaken; GR15 (Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr) is een BT20-legering ontwikkeld in Rusland. GR11 titaniumlegering is een soortgelijke legering als GR15 titaniumlegering. Dit laatste vermindert het aluminiumgehalte en verhoogt het zirkonium, waardoor de hittebestendigheid behouden blijft en spanningscorrosie door hete zouteffecten wordt verbeterd. + samengestelde legering GR13 (Ti-2.5CU) is een IMI230-legering ontwikkeld in Groot-Brittannië.

+ titaniumlegering bevat meer stabiliserende elementen en is een titaniumlegering die bestaat uit en faseert in een stabiele toestand bij kamertemperatuur. inhoud is over het algemeen 10%-50%. + titaniumlegering heeft een gemiddelde sterkte en kan worden versterkt door warmtebehandeling, maar de lasprestaties zijn slecht. Afhankelijk van het molybdeenequivalent kan dit type legering worden onderverdeeld in martensitische en transitionele typen. Onder hen is de typische legering Ti-6Al-4V ontwikkeld door het Water City Arsenal in de Verenigde Staten in 1954. Deze wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Dit legeringsproduct is goed voor 55%-65% van de productie van titaniumlegeringen en kan worden gebruikt voor de productie van diverse grote lucht- en ruimtevaartproducten. Smeedstukken en onderdelen, Ti-6Al-4V-legering heeft uitstekende uitgebreide eigenschappen, is het meest intensief onderzocht, wordt het langst gebruikt en heeft het breedste scala aan toepassingen. Daarom heeft de legering een sterke vitaliteit behouden sinds haar geboorte een halve eeuw geleden. Het Chinese merk is GR5, de Timet-divisie van de American Titanium Metal Company is Ti-6Al-4V, de American Active Metal Company is RMI6Al4V, de British Titanium Company is IMI318, Rusland is BT6, Sumitomo van Japan is ST-Al40 en Frankrijk is TA6V. Duitsland is LT31.

Het toevoegen van elementen aan titaniumlegeringen wordt uitgedrukt in molybdeenequivalent [Mo1]ep en aluminiumequivalent [Al]ep: en bijna-titaanlegering [Mo1]ep is 12-13, [Al]ep is 5-8; + titaniumlegering [Mo1] ep is 5-12, [Al] ep is 6-30; titaniumlegering (metastabiele legering) [Mo1] ep is 12-25, [Al] ep is 5-8. Het is geschikter voor ontwerpers om te classificeren op basis van intensiteit, die kan worden onderverdeeld in lage intensiteit, normale intensiteit, gemiddelde intensiteit, hoge intensiteit en maximale intensiteit.

⑴ Industrieel puur titanium

Industrieel puur titanium is dicht metallisch titanium met een titaniumgehalte van niet minder dan 99% en bevat een kleine hoeveelheid ijzer, zuurstof, koolstof, stikstof, waterstof en andere onzuiverheden. De onzuiverheden die de meest voor de hand liggende invloed hebben op de mechanische eigenschappen van puur titanium zijn zuurstof, stikstof en ijzer, vooral zuurstof. De reactie tussen waterstof en titanium is omkeerbaar. De belangrijkste impact van waterstof op de prestaties van titanium is "waterstofverbrossing". Meestal wordt bepaald dat het waterstofgehalte niet hoger mag zijn dan 0,03%-0,05% waterstof. Hoewel industrieel zuiver titanium bij kamertemperatuur een dicht gepakt hexagonaal rooster ( ) heeft, is de axiale verhouding klein (c/a=1.587) en goed verwerkbaar. Zuiver titanium heeft goede vervormbaarheid en laseigenschappen en is niet gevoelig voor warmtebehandeling.

Industrieel puur titanium is opgenomen in de internationale ISO5832-2-1999-norm als metaalmateriaal voor chirurgische implantaten. Materialen die aan de langetermijnimplantaten voldoen, moeten aan de volgende basisvereisten voldoen: corrosieweerstand, biocompatibiliteit, superieure treksterkte, weerstand tegen vermoeidheid en het heeft een goede taaiheid, elastische schuurmiddelen, slijtvastheid en een bevredigende prijs.

⑵ Corrosiebestendige titaniumlegering

Corrosiebestendige titaniumlegeringen zijn geschikt voor gebruik in zeer corrosieve media, voornamelijk legeringen met een lage sterkte. Op niet-lucht- en ruimtevaartgebieden wordt voornamelijk gebruik gemaakt van het voordeel van goede corrosieweerstand. Corrosiebestendige titaniumlegeringen verbeteren de corrosieweerstand van industrieel puur titanium in reducerende media (zoals zoutzuur, zwavelzuur, fosforzuur, oxaalzuur en mierenzuur). Momenteel worden volwassen titaniummolybdeen, titaniumpalladium, titaniummolybdeennikkel, titaniumnikkel, titaniumtantaal, enz. Legeringen gebruikt.

Titanium-molybdeenlegering was de vroegst bestudeerde (in 1952). Het heeft een uitstekende corrosieweerstand bij het verminderen van zoutzuur. Ti-30-legering is bestand tegen kokend 5% koolzuur, kokend 5% zwavelzuur, kokend 10% fosforzuur, kokend in 10% azijnzuur en kokend 50% mierenzuur, het algemene maximum de corrosiesnelheid is 0,0254-0,0508 mm/a. De corrosiesnelheid van zuiver titanium in een oplossing van 10% zwavelzuur bij 93,3 graden bereikt 38,1-50,8 mm/a; Ti-30Mo-legering in corrosiebestendigheid in oxiderende media is slecht. Door de toevoeging van een molybdeen-hafnium-legering met hoge dichtheid zullen het smelten, verwerken en lassen bepaalde vliegrampen met zich meebrengen. Van titanium-molybdeenlegeringen worden corrosiebestendige titaniumlegeringen zoals titanium-molybdeen-niobium, titanium-molybdeen-zirkonium en titanium-molybdeen-palladium afgeleid.

GR7 titanium-palladiumlegering heeft uitstekende corrosieweerstand in oxiderende media. Het heeft ook een bepaalde corrosieweerstand tegen reducerende media en kan vooral de weerstand tegen spleetcorrosie in media met een hoge chloride-ionenconcentratie verbeteren. GR7 titaniumlegering bevat 0,2% palladium. In 5% kokend zwavelzuur kan de GR7 titanium-palladiumlegering de corrosiesnelheid verlagen van 48,26 mm/a (industrieel zuiver titanium) tot 0.508 mm/a, en de corrosieweerstand met ongeveer 95 keer verhogen. De legering heeft goede verwerkings-, vorm- en laseigenschappen, maar bevat het edelmetaal palladium en is kostbaar.

Bèta-titaniumlegering. Dit type titaniumlegering bevat voldoende bèta-stabiele elementen. Bij een geschikte afkoelsnelheid is de structuur van de kamertemperatuur geheel in de bètafase. Het kan gewoonlijk worden onderverdeeld in een warmtebehandelbare bèta-titaniumlegering (metastabiele bèta-titaniumlegering) en stabiel bèta-titanium. legering. Met warmte behandelbare bèta-titaanlegering heeft een zeer goede procesplasticiteit onder afschrikomstandigheden, kan koud tot platen worden vervormd en kan door verouderingsbehandeling een treksterkte bij kamertemperatuur tot 1300-1400 MPa verkrijgen.

De nominale samenstelling van de GR10 titanium-molybdeen-nikkellegering is Ti-0.3Mo-0.8Ni. Het is een Ti-12-legering die halverwege-1970 door de Verenigde Staten is onderzocht en ontwikkeld. Het is een titaniumlegering die bestand is tegen spleetcorrosie. De treksterkte van de legering bij 300 graden is twee keer zo hoog als puur titanium en de corrosieweerstand tegen reducerende media is aanzienlijk verbeterd. Spleetcorrosie komt niet voor in chloride bij 150-200 graad.

De gebruikstemperatuur van de titanium-nikkellegering (Ti-2Ni) in ontziltingsapparatuur bij hoge temperaturen kan ongeveer 200 graden bedragen.

Titanium-tantaallegering (Ti-5Ta) is een salpeterzuur-corrosiebestendige titaniumlegering, geproduceerd door Rusland onder het merk 4204 legering en door het Japanse Kobe Steel onder het merk KS50Ta. De legering heeft goede procesprestaties en lasprestaties, en de corrosiesnelheid in stromend salpeterzuur bij 100-200 graden is minder dan 0,1 mm/a. Het is toegepast in apparatuur voor het terugwinnen van salpeterzuur en opwerkingsprocessen voor kernbrandstof.

⑶ Structurele titaniumlegering

Titaniumlegeringen met een lage sterkte, ingedeeld naar sterkte, worden voornamelijk gebruikt in corrosiebestendige omgevingen, terwijl andere titaniumlegeringen worden gebruikt in structurele onderdelen, de zogenaamde structurele titaniumlegeringen. Titaniumlegeringen met normale sterkte (ongeveer 500 MPa), voornamelijk inclusief industrieel puur titanium, Ti-2Al-1.5Mn (TC1) en Ti-3Al-2.5V (GR18 ), worden veel gebruikt. Vanwege de goede verwerkings-, vervormbaarheids- en lasbaarheid wordt de legering gebruikt voor het maken van verschillende luchtvaartplaatonderdelen en hydraulische leidingen, maar ook voor civiele fietsproducten. De typische legering van een titaniumlegering met gemiddelde sterkte (ongeveer 900 MPa) is Ti-6Al-4V (GR5), dat veel wordt gebruikt in de titaniumlegeringsindustrie in de ruimtevaart. Plaat met hoge sterkte titaniumlegering heeft een treksterkte bij kamertemperatuur van meer dan 1100 MPa. Het is samengesteld uit een bijna-titaniumlegering en een metastabiele titaniumlegering. Het wordt voornamelijk gebruikt ter vervanging van constructiestaal met hoge sterkte dat vaak wordt gebruikt in vliegtuigconstructies. De typische legeringen zijn Ti-13V- 11Cr-3Al, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn en Ti-10V-2Fe-3Al-legeringen, enz.

4. Hittebestendige titaniumlegering

Hittebestendige titaniumlegering is een titaniumlegering die geschikt is voor langdurig gebruik bij hogere temperaturen. Het heeft een hoge onmiddellijke en duurzame sterkte over het gehele bedrijfstemperatuurbereik. Het heeft een goede thermische stabiliteit, kruipweerstand en plasticiteit bij kamertemperatuur, en heeft een goede weerstand tegen vermoeidheid bij hoge temperaturen. Het wordt voornamelijk gebruikt voor de vervaardiging van schijven, bladen, luchtinlaatbehuizingen en vliegtuigonderdelen in compressoren. Hittebestendige titaniumlegeringen zijn solide oplossing versterkt + type en bijna-type titaniumlegeringen. + Hittebestendige titaniumlegeringen van het type + die lange tijd onder de 500 graden kunnen werken, bevatten meer stabiliserende elementen, en het aluminiumequivalent is hoger dan 6. Door geschikte bèta-stabiliserende elementen toe te voegen, vertoont de legering niet alleen een hoge momentane sterkte bij hoge temperaturen, maar heeft ook voldoende plasticiteit. Typische legeringen zijn GR5 (Ti-6Al-4V), TC6 (Ti-6Al-2.5Mo-2Cr-0.5 Fe -0.3Si) en TC11 (Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si). Hittebestendige titaniumlegeringen van het type die lange tijd onder de 500 graden werken, bevatten een kleine hoeveelheid stabiliserende elementen. Het aluminiumequivalent ligt bijna allemaal boven de 7 en de legering heeft meer fase in de evenwichtstoestand, dus deze legeringen hebben een hogere kruipweerstand en een betere weerstand tegen vermoeidheid en breuktaaiheid boven de 500 graden. Omdat de bijna-type legering deze uitstekende uitgebreide eigenschappen heeft, is het het belangrijkste systeem van hittebestendige legeringen geworden. Typische legeringen zijn Ti-8Al-1Mo-1V (VS Ti-811), Ti6Al-2Zr-1Mo-1 V (Russische BT20), Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (VS Ti-6242) en Ti-5.5Al { {54}}.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si (Britse IMI-829).

5. Titaniumlegering bij lage temperatuur

Titaniumlegeringen voor lage temperaturen zijn + titaniumlegeringen die geschikt zijn voor gebruik bij lage temperaturen. Dit type legering neemt toe naarmate de temperatuur daalt, en de taaiheid neemt zelden af ​​naarmate de temperatuur daalt, zodat het kan worden gebruikt als structurele onderdelen bij lage temperaturen. De ontwikkelingstrend van titaniumlegeringen bij lage temperaturen is het verlagen van het zuurstofgehalte van 0,2% (gewone kwaliteit) naar 0,12% om zo een titaniumlegering met extreem lage tussenruimte (ELI) te vormen. Kan worden gebruikt bij ultralage temperaturen (<77K). Typical alloys are Ti-5Al-2.5Sn (ELI). Ti-5Al-2.5Sn (ELI is the US military standard MIL-9047) developed in the United States in the early 1960s. China successfully copied the alloy in the late 1970s and called it GR6 titanium alloy, Ti-5Al-2.5Sn (ELI) alloy. Especially suitable for liquid fuel storage containers operating at low temperatures of -255°C. There are many brands and varieties of titanium alloys, more than 100 types. There are 40-50 types available in industry, and only a dozen are most commonly used. These include various industrial pure titanium and selected titanium alloys of different tastes, such as Ti-6AL-4V, Ti-5AL-2.5Sn, Ti-2AL-1.5Mn, Ti-3AL-2.5V, Ti-6AL- 2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6AL-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-8AL-1Mo-1V, Ti-13V-11Cr-3AL, Ti-15V—3Cr-3AL-Sn and Ti-10V-2Fe-3AL and Ti-0.20Pd, Ti-0.3Mo-0.8Ni, etc. However, for most countries, the first two important alloys (Ti-6Al-4V; Ti-5Al-2.5Sn) are the most typical and recognized by countries around the world.