Titaanitangon puhtaus selitettynä: CP-luokat 1-4 vs. Ti-6Al-4V ASTM B348:aan

Mitä "puhdas titaani" todella tarkoittaa titaanitangon teknisissä tiedoissa

Titaanitankoja ja -tankoja valmistetaan kahdessa laajassa perheessä: seostamaton kaupallisesti puhdas (CP) titaani ja titaaniseokset. Kun tekninen lomake tai ostaja kysyy, onko titaanitauva "puhdasta titaania", käytännöllinen vastaus on, että se on melkein aina CP-titaania eli seostamatonta titaania, jonka epäpuhtauspitoisuus pysyy tietyllä alueella, eikä ultra-korkean-puhtauden metallia. Toinen suuri markkinaosuus on Ti-6Al-4V ja siihen liittyvät seokset. CP-tanko tilataan normaalisti ASTM B348:n tai GB/T 2965:n mukaan, ja laatunumero, ei sana "puhdas", määrittelee kemian ja mekaaniset ominaisuudet.

Tärkeä seuraus on, että titaanitangon "puhtaus" on kontrolloitu tekninen muuttuja, ei markkinointiväite. Happi, rauta, typpi, hiili ja vety ovat alkuaineita, jotka päättävät, minkä tason titaanin lämpö tyydyttää, ja erityisesti happi siirtää vetolujuutta sadoilla megapascaleilla asteen 1 ja 4 välillä.

Kaupallisesti puhdas arvosanat 1–4: kemia ja kiinteistöikkunat

Neljällä CP-laadulla on sama perusmetalli, mutta niillä on asteittain tiukemmat tai löysemmät välirajat. Tyypilliset maksimirajat tangolle ASTM B348:n mukaan on annettu alla.

Seuraavassa taulukossa on ASTM B348 -standardin mukaisen hehkutetun tangon vastaavat vähimmäisvetolujuusominaisuudet huoneenlämpötilassa{0}}. Syötön lujuus on 0,2 % offset-arvo.

Kaikki neljä laatua pysyvät täysin alfana, niiden tiheys on sama, noin 4,51 g/cm3, ja niillä on sama korroosiokäyttäytyminen hapettavassa ja lievästi pelkistävässä väliaineessa. Grade 2 on työhevonen kemialliseen käsittelyyn, laivalaitteistoihin ja yleiseen suunnitteluun; Luokka 4 valitaan, kun tarvitaan suurempaa lujuutta siirtymättä metalliseokseen.

Seoslaadut toimitetaan sauvana

Kun CP-titaanin ominaisuuskuori ei riitä, sauva tilataan seoslaatuisena. Yleisimmät on lueteltu alla niiden nimellisen koostumuksen ja tavanomaisten säännösten kanssa.

Grade 5 saavuttaa vähintään 895 MPa:n vetolujuuden ja 828 MPa:n tuoton 10 %:n venymällä, minkä vuoksi se hallitsee ilmailu- ja avaruuskiinnikkeitä, lentokoneen runko-osia ja kirurgisia implantteja. Luokka 23 säilyttää saman metalliseospohjan, mutta rajoittaa rautaa ja interstitiaalisia elementtejä parantaakseen murtumislujuutta ja väsymiskykyä implanttisovelluksissa. Grade 7 ja Grade 12 ovat korroosiolaatuja: palladium- ja molybdeeni-nikkelilisäykset lisäävät pelkistyshappojen kestävyyttä, ja molemmat toimitetaan samoilla tankomääritelmillä kuin CP-laadut.

Erittäin-puhdasta titaania: minne se todella kuuluu

Aidosti korkean -puhtauden titaani, 99,99 % (4N) tai 99,999 % (5N) metallia, on eri tuoteperhe. Sitä valmistetaan suhteellisen pieninä määrinä, tyypillisesti jodidipuhdistuksella tai elektronisuihkulla-, ja se toimitetaan harkona, sputterointikohteena, levynä tai erikoismuodossa rakenteellisen sauvan sijaan. Syynä olemassaoloon on puolijohdeprosessikammioiden, ohut-kalvopinnoituskohteiden, ultra-korkeiden-tyhjiökomponenttien ja optisten pinnoitteiden vähäinen jäännöspitoisuus, joissa rauta- ja välielementit heikentävät kalvon laatua. Tällainen materiaali on huomattavasti pehmeämpää ja heikompaa kuin CP Grade 2, eikä sillä ole etua rakenteellisissa tai syövyttävissä{13}}huoltotankoissa. 4N-puhtausluvun käyttäminen tavallisen teknisen sauvan myynti-argumenttina antaa virheellisen kuvan siitä, mikä tuote on.

Valinta, koneistus ja hitsaus Huomautuksia

Valitse ympäristön mukaan ja lataa ensin.Syövyttävä huolto kohtuullisissa kuormituspisteissä Grade 2, Grade 7 tai Grade 12; korkeammat ominaislujuuspisteet luokkaan 5 tai 23; kohotettujen-lämpötilojen huoltopisteet metalliseokselle CP-laadun sijaan, joka menettää käyttökelpoisen lujuutensa yli noin 300 C:ssa.

Happi on voiman vipu.Ostajaa, joka tarvitsee 550 MPa, voidaan usein palvella CP Grade 4 -seoksella, mikä välttää Ti-6Al-4V:n kustannukset ja työstövaikeudet.

Koneistus.Titaani johtaa huonosti lämpöä ja{0}}kovettuu nopeasti. Terävät työkalut, suuri syöttö, alhainen nopeus, runsas jäähdytysneste ja jäykät asetukset ovat välttämättömiä. Rauta- tai kuparityökalujen pinnan hienojakoinen kontaminaatio on poistettava ennen aggressiivisissa väliaineissa tapahtuvaa käyttöä.

Hitsaus.CP-laadut ja Ti-6Al-4V ovat hitsattavissa kaasuvolframikaarihitsauksella sulan altaan, kuuman täyteaineen ja peräpaleen täydellisellä inerttikaasusuojauksella. Kaikki näkyvät värimuutokset osoittavat hapen tai typen ottoa, mikä haurauttaa hitsin. Vety on pidettävä kokonaan poissa liitoksesta.

Peittaus ja passivointi.Typpi-fluorivetypippuri poistaa hapella-rikastetun alfakotelon, joka muodostuu kuumatyöstössä ja palauttaa pinnan puhtaan oksidin. Tämä vaihe ei ole kosmeettinen; se vaikuttaa suoraan väsymyselämään.

Yleisiä väärinkäsityksiä

"Puhdas titaani on aina parempi kuin seos."CP-laadut tarjoavat korroosionkestävyyden ja muovattavuuden, eivät korkeaa lujuutta. 800 MPa:n nivelelle seostanko ei ole kompromissi; se on oikea valinta.

"Aste 1 tarkoittaa korkeinta puhtautta."Luokassa 1 on alhaisin välisisältö neljästä CP-laadusta, mutta se ei ole korkean-puhtausmetallin 4N merkityksessä, ja se on myös heikoin.

"Puhtaus vastaa korroosionkestävyyttä."Korroosion suorituskyky määräytyy laadun ja ympäristön mukaan. 0,12-0,25 % palladiumin lisääminen (luokka 7) muuttaa käyttäytymistä pelkistäessä happoja paljon enemmän kuin emäksen puhtauden lisääminen.

"Kaikki titaanitangot ovat biologisesti yhteensopivia."Implanttilaitteet luottavat tiettyihin luokkiin ja puhtaustasoihin, kuten Grade 2 tai Grade 4 ASTM F67:een ja Ti-6Al-4V ELI - ASTM F136, sekä dokumentoidun jäljitettävyyden.

FAQ

K: Onko titaanitangot valmistettu puhtaasta titaanista?
Useimmiten ne on valmistettu kaupallisesti puhtaasta 1-4 titaanista, joka on seostamatonta titaania, jossa on valvottuja epäpuhtauksia. Suuri osa on myös valmistettu Ti-6Al-4V-seoksesta. Erittäin puhdasta 4N ja 5N titaania käytetään kohteissa ja puolijohdeosissa, ei yleisessä suunnittelussa.

K: Mikä on luokan 2 sauvan tyypillinen titaanipitoisuus?
Luokka 2 on määritelty sen maksimiepäpuhtausrajojen perusteella yhden puhtausluvun sijaan, mutta käytännössä vastaava lämpö sisältää yli 99 % titaania, ja rauta, happi, typpi, hiiltä ja vetyä pidetään ASTM B348:n rajojen sisällä.

K: Kuinka happi muuttaa titaanisangon ominaisuuksia?
Happi on vahva alfastabilisaattori ja interstitiaalivahvistaja. Hapen nostaminen luokan 1 rajasta 0,18 % luokan 4 rajaan 0,40 % nostaa vähimmäismyötölujuuden 138 MPa:sta 483 MPa:iin, kun taas venymä laskee 24 %:sta 15 %:iin.

K: Milloin minun pitäisi valita luokka 5 luokan 4 sijaan?
Valitse Grade 5, kun rakenne vaatii enemmän kuin noin 550 MPa vetolujuutta tai parempaa väsymis- ja jäykkyyssuorituskykyä tai kun käyttölämpötila on yli noin 300 C. Grade 4 on suositeltavampi, kun korroosionkestävyys, kylmämuovattavuus ja työstettävyys ovat tärkeämpiä kuin lujuus.

K: Onko titaanistanko, jossa on näkyvä hitsin värimuutos hyväksyttävä?
Ei. Sininen, violetti tai harmaa sävy hitsauksen jälkeen osoittaa hapen tai typen imeytymistä kuumalle alueelle. Tämä kontaminaatio haurauttaa materiaalia, ja vahingoittunut pituus on poistettava ja hitsattava uudelleen asianmukaisen suojauksen alla.

K: Tekeekö korkeampi puhtaus titaanitangosta korroosionkestävämpää?
Ei tavalla, jolla on kaupallisesti merkitystä. Aggressiivista kemiallista käyttöä varten korroosioluokka valitaan seostamalla, esimerkiksi palladium-laakeri Grade 7 tai molybdeeni-nikkeli Grade 12, sen sijaan, että emäksen puhtaus olisi 4N tai 5N.