1. چه چیزی ASTM B348 GR2 ، GR4 و TC5 تیتانیوم را تعریف می کند و استانداردهای آنها چگونه متفاوت است؟
ASTM B348 یک مشخصات استاندارد است که توسط انجمن آمریکا برای آزمایش و مواد (ASTM) ایجاد شده است که حاکی از الزامات مربوط به میله های آلیاژ تیتانیوم و تیتانیوم ، بیلت ها و بخشش ها است. این معیارهایی را برای ترکیب شیمیایی ، خصوصیات مکانیکی ، تحمل ابعاد و روشهای آزمایش برای اطمینان از سازگاری و قابلیت اطمینان در کاربردهای صنعتی تشریح می کند.
ASTM B348 GR2 و GR4: این نمرات تیتانیوم از نظر تجاری خالص (CP) به صراحت تحت ASTM B348 پوشانده شده است. آنها بدون آلیاژ هستند ، به این معنی که ترکیب آنها در درجه اول تیتانیوم با سطح کنترل شده عناصر بینابینی (اکسیژن ، آهن ، نیتروژن ، کربن ، هیدروژن) است که بر خصوصیات آنها تأثیر می گذارد. استاندارد آنها را بر اساس محتوای بینابینی طبقه بندی می کند ، در حالی که GR4 دارای سطح بالاتری نسبت به GR2 است و منجر به افزایش قدرت می شود.
میله های تیتانیوم TC5: TC5 یک آلیاژ تیتانیوم (به طور معمول TI-4AL-6SN-2ZR-1MO-1V) است که در ASTM B348 مشخص نشده است. در عوض ، آن را با استانداردهای صنعتی چینی (به عنوان مثال ، GB/T 2965) یا استانداردهای روسیه (BT5-1) تعریف می کند. بر خلاف GR2 و GR4 ، TC5 حاوی عناصر آلیاژ عمدی (آلومینیوم ، قلع ، زیرکونیوم ، مولیبدن ، وانادیوم) برای تقویت قدرت ، مقاومت خزش و عملکرد درجه حرارت بالا است.
تمایز اصلی در استاندارد سازی آنها نهفته است: GR2 و GR4 به دستورالعمل های دقیق ASTM B348 برای تیتانیوم CP پایبند هستند ، در حالی که TC5 از استانداردهای منطقه ای جایگزین پیروی می کند و برای عملکرد تخصصی آلیاژ می شود.
2. ترکیبات شیمیایی ASTM B348 GR2 ، GR4 و TC5 تیتانیوم چگونه متفاوت است و این تفاوت ها چه تاثیری دارد؟
ترکیب شیمیایی هر درجه به طور مستقیم بر خصوصیات مکانیکی و مقاوم در برابر خوردگی آن تأثیر می گذارد:
| عنصر | ASTM B348 GR2 (حداکثر/دقیقه) | ASTM B348 GR4 (حداکثر/دقیقه) | TC5 (معمولی) |
|---|---|---|---|
| تیتانیوم | بزرگتر از یا برابر با 99.2 ٪ | بیشتر یا برابر با 98.75 ٪ | تعادل |
| اکسیژن | کمتر از یا برابر با 0.25 ٪ | کمتر از یا برابر با 0.35 ٪ | کمتر از یا برابر با 0.15 ٪ |
| اتو کردن | کمتر از یا برابر با 0.30 ٪ | کمتر از یا برابر با 0.50 ٪ | کمتر از یا برابر با 0.30 ٪ |
| نیتروژن | کمتر از یا برابر با 0.03 ٪ | کمتر از یا برابر با 0.05 ٪ | کمتر از یا برابر با 0.05 ٪ |
| کربن | کمتر از یا برابر با 0.08 ٪ | کمتر از یا برابر با 0.08 ٪ | کمتر از یا برابر با 0.10 ٪ |
| هیدروژن | کمتر از یا برابر با 0.015 ٪ | کمتر از یا برابر با 0.015 ٪ | کمتر از یا برابر با 0.015 ٪ |
| الومینیوم | - | - | 3.5–4.5% |
| قلع | - | - | 5.5–6.5% |
| زیرکونیوم | - | - | 1.5–2.5% |
| مولیبدن | - | - | 0.8–1.2% |
| ودیوم | - | - | 0.8–1.2% |
gr2: خلوص بالای تیتانیوم آن (بیشتر از یا برابر با 99.2 ٪) و محتوای بینابینی کم (به عنوان مثال ، اکسیژن کمتر از یا برابر با 0.25 ٪) منجر به انعطاف پذیری عالی و مقاومت در برابر خوردگی می شود. حداقل ناخالصی ها آن را بسیار شکل می گیرند ، برای خم شدن ، جوشکاری و ماشینکاری مناسب هستند.
GR4: اکسیژن بالاتر (کمتر از یا مساوی با 0.35 ٪) و آهن (کمتر از یا برابر با 0.50 ٪) در مقایسه با GR2 در حالی که مقاومت در برابر خوردگی خوب را حفظ می کند ، مقاومت کششی خود (تقریباً 50 ٪) را افزایش می دهد. این باعث می شود قوی تر اما کمی انعطاف پذیر از GR2 باشد.
TC5: افزودن آلومینیوم (-Stabilizer) و قلع باعث افزایش استحکام و مقاومت در برابر خزش در دماهای بالا می شود ، در حالی که مولیبدن و وانادیوم (-Stabilismers) باعث ایجاد و جوشکاری می شوند. زیرکونیوم باعث افزایش عملکرد درجه حرارت بالا می شود و TC5 را برای برنامه های کاربردی تا 500 درجه مناسب می کند.
3. خصوصیات مهم مکانیکی ASTM B348 GR2 ، GR4 و TC5 تیتانیوم چیست و چگونه آنها بر برنامه ها تأثیر می گذارند؟
خصوصیات مکانیکی مناسب بودن مواد را برای کارهای خاص ، مانند بارهای تحمل ، مقاومت در برابر تغییر شکل یا انجام در دمای شدید تعیین می کند:
| دارایی | ASTM B348 GR2 | ASTM B348 GR4 | TC5 |
|---|---|---|---|
| استحکام کششی | 345-450 MPa | 550-655 MPa | بزرگتر از یا برابر با 950 مگاپاسکال |
| قدرت عملکرد (0.2 ٪ جبران) | بزرگتر از یا برابر با 275 مگاپاسکال | بزرگتر از یا مساوی 483 MPa | بزرگتر از یا برابر با 850 مگاپاسکال |
| کشیدگی (در 50 میلی متر) | بزرگتر از یا برابر با 20 ٪ | بزرگتر از یا برابر با 15 ٪ | بزرگتر از یا برابر با 10 ٪ |
| سختی (HB) | 110–150 | 150–200 | 300–350 |
| مدول خاصیت خاصیت ارتجاعی | 103 پوند GPA | 105 پوند GPA | GPA 110 پوند |
| نقطه ذوب | ~ 1668 درجه | ~ 1665 درجه | درجه 1650 پوند |
gr2: مقاومت کم آن (345-450 مگاپاسکال) اما کشیدگی بالا (بیشتر از یا برابر با 20 ٪) باعث می شود تا برنامه هایی که نیاز به شکل گیری و مقاومت در برابر خوردگی دارند نسبت به مقاومت بی رحمانه ایده آل است. مثالها شامل تجهیزات پردازش شیمیایی ، مبدل های حرارتی و ایمپلنت های پزشکی (جایی که زیست سازگاری و انعطاف پذیری بسیار مهم است).
GR4: با استحکام کششی بالاتر (550-655 مگاپاسکال) و کشیدگی متوسط (بیشتر از یا برابر با 15 ٪) ، مقاومت و مقاومت در برابر خوردگی را متعادل می کند. این مناسب اجزای ساختاری در محیط های دریایی (به عنوان مثال ، خطوط لوله دریایی) ، قطعات خودرو و کشتی های فشار است.
TC5: مقاومت کششی استثنایی آن (بیشتر از یا مساوی با 950 مگاپاسکال) و ثبات درجه حرارت بالا (حداکثر 500 درجه) آن را برای برنامه های با وزن بالا و با وزن بالا مناسب می کند. این موارد شامل اجزای موتور هواپیما (تیغه های توربین ، دیسک) ، قطعات موشک و ماشین آلات صنعتی است که در شرایط شدید کار می کنند. با این حال ، کشیدگی پایین آن (بیشتر از یا برابر با 10 ٪) به این معنی است که از GR2 یا GR4 کمتر تشکیل می شود.
4. در کدام بخش های صنعتی ASTM B348 GR2 ، GR4 و TC5 تیتانیوم که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند ، و چرا؟
خصوصیات منحصر به فرد هر کلاس نیازهای خاص صنعتی را هدف قرار می دهد:
ASTM B348 GR2:
پردازش شیمیایی: در برابر خوردگی در اسیدها (به عنوان مثال ، گوگرد ، هیدروکلریک) و کلرید مقاومت می کند و آن را برای راکتورها ، پمپ ها و دریچه ها ایده آل می کند.
صنعت پزشکی: زیست سازگار (غیر سمی و غیر آلرژنی) و انعطاف پذیر ، در کاشت دندان ، پیچ استخوان و ابزارهای جراحی استفاده می شود.
معماری: مقاوم در برابر آب و هوا و از نظر زیبایی شناسی ، در عناصر روکش ، بام و تزئینی به کار گرفته شده است.
مهندسی دریایی: مقاومت در برابر خوردگی آب دریا ، که در بدنه کشتی ، شفت پروانه و گیاهان آب شیرین کن استفاده می شود.
ASTM B348 GR4:
نفت و گاز دریایی: در برابر محیط های دریایی سخت و بارهای متوسط ، که در ریزش ها ، چاه های چاه و اتصالات زیر آب استفاده می شود ، مقاومت می کند.
خودرو: سبک و قوی ، مناسب برای سیستم های اگزوز و اجزای با کارایی بالا.
گودال: انعطاف پذیری را در دماهای بسیار پایین (پایین تا 270 درجه) حفظ می کند ، که در مخازن ذخیره سازی اکسیژن/نیتروژن مایع استفاده می شود.
هوا و فضا: در اجزای غیر ساختاری مانند خطوط سوخت و سیستم های هیدرولیکی که در آن به استحکام متوسط نیاز است ، استفاده می شود.
TC5:
هوافضا و هوانوردی: مقاومت بالا و مقاومت در برابر حرارت ، آن را برای قطعات موتور هواپیما (تیغه های کمپرسور ، اتاق های احتراق) و اجزای قاب هوا بسیار مهم می کند.
پیشران: در برابر درجه حرارت بالا و استرس موتورهای موشکی و توربین های جت مقاومت می کند.
اقدامات نظامی: در آبکاری زره پوش ، اجزای موشکی و سیستم های سلاح با کارایی بالا استفاده می شود.
توربین های صنعتی: نیروگاه های بخار و گازی در تولید برق ، جایی که مقاومت در برابر خزش با دمای بالا ضروری است.
5. فرآیندهای ساخت (به عنوان مثال ، ماشینکاری ، جوشکاری) برای میله های تیتانیوم ASTM B348 GR2 ، GR4 و TC5 چگونه متفاوت هستند؟
روش های ساخت به دلیل تفاوت در انعطاف پذیری ، قدرت و محتوای آلیاژ متفاوت است:
ماشینکاری:
gr2: بسیار انعطاف پذیر و آسان برای ماشین با ابزارهای استاندارد ، اگرچه برای جلوگیری از سخت شدن کار به خنک کننده ها نیاز دارد (هدایت حرارتی کم تیتانیوم می تواند گرما را به دام بیندازد و باعث سایش ابزار می شود).
GR4: به دلیل محتوای بینابینی بالاتر ، کمی سخت تر از GR2 ، نیاز به ابزارهای واضح تر و سرعت برش کندتر برای جلوگیری از ایجاد بیش از حد گرمای.
TC5: قدرت و سختی بالا باعث می شود ماشینکاری به چالش کشیده تر شود. برای مدیریت گرما به ابزارهای کاربید ، سرعت برش کم و خنک کننده کافی نیاز دارد ، زیرا عناصر آلیاژ آن (به عنوان مثال آلومینیوم) می توانند سایش ابزار را افزایش دهند.
جوش:
gr2: قابلیت جوشکاری عالی با استفاده از روشهای TIG (گاز بی تحرک تنگستن) یا MIG (گاز بی اثر فلزی) ، زیرا محتوای ناخالصی کم آن تشکیل فاز شکننده را به حداقل می رساند. بازپخت پس از جوش به ندرت مورد نیاز است.
GR4: جوش داده شده اما مستعد ابتلا به آغوش نسبت به GR2 به دلیل سطح اکسیژن بالاتر. این امر نیاز به محافظ شدید گاز بی اثر (برای جلوگیری از آلودگی) دارد و ممکن است از عملیات حرارتی پس از جوش برای بازگرداندن انعطاف پذیری بهره مند شود.
TC5: جوشکاری امکان پذیر است اما برای جلوگیری از تغییرات ریزساختاری (به عنوان مثال ، درشت فاز) که باعث کاهش قدرت می شود ، نیاز به کنترل دقیق دارد. بازپرداخت قبل از گرم شدن و پس از جوشکاری اغلب لازم است ، و از فلزات پر کننده تطبیق ترکیب آلیاژ آن برای حفظ خواص استفاده می شود.
تشکیل دهنده:
gr2: به راحتی سرد (خم ، نورد ، مهر زنی) به دلیل انعطاف پذیری زیاد.
GR4: تشکیل سرما امکان پذیر است اما به نیروی بیشتری نسبت به GR2 نیاز دارد. برای کاهش چرخش به شکل های پیچیده ممکن است برای شکل های پیچیده استفاده شود.
TC5: تشکیل سرد به دلیل انعطاف پذیری کم محدود است. تشکیل گرم (در 700-900 درجه) برای تقویت انعطاف پذیری ترجیح داده می شود و به دنبال آن عملیات حرارتی برای حفظ قدرت انجام می شود.
