1. تفاوت های اساسی بین Ti درجه 5 و تیتانیوم خالص تجاری (به عنوان مثال، Ti Grade 1/Ti Grade 2)
ترکیب شیمیایی
تیتانیوم خالص تجاری (Ti Grade 1/2) از بیش از 99٪ تیتانیوم تشکیل شده است، با مقادیر کمی ناخالصی مانند اکسیژن، آهن، کربن، نیتروژن و هیدروژن (محتوای این ناخالصی ها در گریدها کمی متفاوت است: درجه 1 دارای کمترین میزان ناخالصی است، در حالی که میزان ناخالصی درجه 1 دارای درجه ناخالصی 2 بالاتر است). در مقابل Ti Grade 5 a استآلفا{0}}آلیاژ تیتانیوم بتاکه حاوی 6٪ آلومینیوم (Al) و 4٪ وانادیم (V) به عنوان عناصر آلیاژی کلیدی است، که تیتانیوم 90٪ باقیمانده از ترکیب را به همراه ناخالصی های کنترل شده تشکیل می دهد.
ریزساختار
CP Ti (درجه 1/2) یک-تک فاز داردریزساختار آلفا ( ).در دمای اتاق و کمتر از دمای بتای-ترانسوس (حدود 882 درجه برای درجه 2). این ساختار شش ضلعی بسته-(HCP) استحکام مکانیکی پایدار اما محدودی به آن میدهد. Ti Grade 5 به دلیل افزودن های Al و V خود، یک ریزساختار + فاز دوگانه را تشکیل می دهد: Al به عنوان یک تثبیت کننده آلفا (افزایش استحکام و مقاومت در برابر خزش) عمل می کند، در حالی که V به عنوان یک تثبیت کننده بتا (بهبود شکل پذیری و عملیات حرارتی) عمل می کند. از طریق عملیات حرارتی (به عنوان مثال، بازپخت محلول و پیری)، ریزساختار آن را می توان برای بهینه سازی بیشتر عملکرد طراحی کرد.
خواص مکانیکی
قدرتCP Ti (درجه 1) دارای استحکام کششی تنها 240-310 MPa است و درجه 2 به 345-415 MPa می رسد که نسبتاً کم است. Ti درجه 5 دارای استحکام کششی 860-900 مگاپاسکال در حالت آنیل شده است، و این می تواند پس از درمان پیری به بیش از 1100 مگاپاسکال برسد، که بیش از دو برابر درجه 2 CP Ti است.
شکل پذیری و شکل پذیری: CP Ti (درجه 1/2) شکل پذیری عالی (ازدیاد طول تا 20-25٪) و شکل پذیری سرد دارد و پردازش آن را به شکل های پیچیده آسان می کند (به عنوان مثال، لوله های نازک-دیواره، صفحات). Ti Grade 5 دارای کشیدگی کمتر (10-15٪) است و شکل گیری آن سخت تر است و نیاز به کار گرم یا تکنیک های پردازش تخصصی برای اجزای پیچیده دارد.
مقاومت در برابر خستگی و خوردگی: CP Ti به دلیل داشتن لایه اکسید غیرفعال متراکم، مقاومت در برابر خوردگی فوق العاده ای دارد (به ویژه در محیط های کلرید، اسیدی و دریایی)، اما قدرت خستگی آن متوسط است (حدود 140 مگاپاسکال برای درجه 2). Ti Grade 5 مقاومت خوبی در برابر خوردگی (نزدیک به CP Ti در بیشتر محیط ها) حفظ می کند در حالی که دارای استحکام خستگی قابل توجهی بالاتر (300-350 MPa) است که آن را برای کاربردهای بار چرخه بالا (مانند اجزای هوافضا) مناسب می کند.
سناریوهای کاربردی
CP Ti (درجه 1/2) در درجه اول استفاده می شودسناریوهای بار کم-مقاوم در برابر خوردگیمانند خطوط لوله فرآیند شیمیایی، مبدل های حرارتی دریایی، ایمپلنت های زیست پزشکی (به عنوان مثال، درجه 2 برای ابزار جراحی)، و روکش های معماری. Ti Grade 5 یک آلیاژ اسب کار برایبرنامه های کاربردی-با قدرت- با قابلیت اطمینان بالااز جمله قطعات ساختاری هوافضا (ابزار فرود هواپیما، اجزای موتور)، قطعات مسابقه اتومبیلرانی، ایمپلنت های پزشکی (مانند پروتزهای لگن و زانو که هم به استحکام و هم سازگاری زیستی نیاز دارند)، و ابزارهای حفاری نفت و گاز در دریا.
2. دلایل شکاف قیمت قابل توجه بین Ti درجه 5 و تیتانیوم خالص تجاری
هزینه های مواد اولیه و عناصر آلیاژی
CP Ti مستقیماً از اسفنج تیتانیوم (ماده اولیه اولیه محصولات تیتانیوم) تنها با کنترل ناخالصی تولید می شود. در مقابل، Ti Grade 5 نیاز به افزودن{2}}آلومینیوم و وانادیوم با خلوص بالا در طول ذوب دارد. وانادیوم یک فلز نادر و گران قیمت است (قیمت آن چندین برابر اسفنج تیتانیوم است)، و آلومینیوم همچنین باید استانداردهای خلوص دقیق آلیاژهای هوافضا را رعایت کند. فرآیند آلیاژسازی هزینه مستقیم مواد خام را 30 تا 50 درصد در مقایسه با CP Ti افزایش می دهد.
الزامات ذوب و فرآوری پیچیده
تیتانیوم یک فلز واکنش پذیر است که به راحتی با اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن در دماهای بالا واکنش می دهد، بنابراین باید از طریق ذوب شود.ذوب مجدد قوس خلاء (VAR)فرآیند (معمولاً VAR دو یا سه برابر برای آلیاژهای{0} با کیفیت بالا). برای Ti Grade 5، عناصر آلیاژی باید به طور یکنواخت در ماتریس تیتانیوم توزیع شوند، که نیاز به کنترل دقیق دمای ذوب، زمان نگهداری، و سرعت خنکسازی دارد{3}}که به هزینههای انرژی و فرآیند میافزاید. در مقابل، ذوب CP Ti دارای کنترل اجزای سادهتر و نیاز به دقت فرآیند کمتری است.
در پردازش پاییندست، استحکام بالا و شکلپذیری کم Ti Grade 5 به این معنی است که به انرژی بیشتر-کار گرم فشرده (مثلاً آهنگری در 900-1000 درجه) و پردازش پس- (مثلاً عملیات حرارتی، ماشینکاری دقیق) نیاز دارد. سختی بالاتر آن همچنین سایش ابزار را در حین ماشینکاری تسریع می کند و هزینه تعویض ابزار و زمان پردازش را افزایش می دهد. CP Ti میتواند در دمای اتاق سرد{11}}با مصرف انرژی پردازش و هزینه ابزار کمتر ایجاد شود.
زنجیره تامین و تقاضای بازار
CP Ti دارای یک زنجیره تامین بالغ و در مقیاس بزرگ-، با حجم تولید پایدار (حدود 40 درصد از تولید تیتانیوم جهانی) و کاربردهای پایین دستی گسترده (شیمیایی، پزشکی، ساختمانی)، که صرفهجویی در مقیاس را افزایش میدهد و هزینههای واحد را کاهش میدهد. Ti Grade 5 بر بازار آلیاژ تیتانیوم تسلط دارد (بیش از 50٪ تقاضای آلیاژ تیتانیوم را به خود اختصاص می دهد)، اما تقاضای آن در بخش های پیشرفته (هوا فضا، زیست پزشکی) با الزامات گواهینامه کیفیت سخت متمرکز است (به عنوان مثال، هوافضا-درجه Ti درجه 5 باید استانداردهای AMS 492 را داشته باشد). فرآیند صدور گواهینامه (به عنوان مثال، قابلیت ردیابی مواد، آزمایش عملکرد) هزینه های اضافی را اضافه می کند، و عرضه اغلب توسط ظرفیت تولید تخصصی محدود می شود و قیمت ها را بیشتر افزایش می دهد.
تحقیق و توسعه فنی و هزینه های کنترل کیفیت
Ti Grade 5 به طور گسترده در برنامههای{1}}ایمنی حیاتی (مانند تیغههای موتور هواپیما، ایمپلنتهای پزشکی) استفاده میشود، بنابراین سازندگان باید برای بهینهسازی فرآیندهای عملیات حرارتی آن و اطمینان از سازگاری دستهای-به-در تحقیق و توسعه سرمایهگذاری زیادی کنند. بازرسی کیفیت برای Ti Grade 5 شامل آزمایشهای غیرمخرب (التراسونیک، اشعه ایکس-)، آزمایش خواص مکانیکی (کشش، خستگی، خزش) و تأیید ترکیب شیمیایی است که هزینههای بازرسی 15 تا 20٪ از کل هزینه تولید را تشکیل میدهد. CP Ti آستانه بازرسی با کیفیت پایین تری دارد (که عمدتاً بر مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی اساسی متمرکز است)، بنابراین هزینه های مربوط به آن بسیار کمتر است.
