Titan třídy 1 vs. třídy 2: Složení, pevnost a tvarovatelnost

Dvě komerčně čisté třídy, jedna chemická rodina

Titan třídy 1 a třídy 2 je součástí komerčně čisté rodiny (CP) definované normou ASTM B265 pro plechy, pásy a desky a normou ASTM B348 pro tyče a sochory. Ani jedna třída není záměrně legována a jediným nejdůležitějším rozdílem mezi nimi je množství kyslíku, které mlýn zanechává v kovu. Tento jeden intersticiální prvek určuje mez průtažnosti, pracovní-rychlost zpevnění, minimální poloměr ohybu, kterého může výrobce dosáhnout, a míru zpětného odpružení, které musí být kompenzováno u ohraňovacího lisu nebo tvářecího nástroje.

Protože oba druhy sdílejí stejnou šestiúhelníkovou blízkou{0}}krystalovou mřížku, stejnou hustotu 4,51 g/cm3 a stejný samoopravitelný oxidový film, jsou na výkresech často považovány za zaměnitelné. V praxi to znamená, že pojmenování špatné třídy buď plýtvá rozpočtem na pevnost, kterou součást nikdy nevyužije, nebo způsobí praskání v hluboce -tažených miskách, tenkostěnných-trubkách a pevně ohnutých konzolách.

Porovnání limitů chemického složení

Tabulka 1 uvádí maximální přípustné úrovně prvků pro dva druhy podle ASTM B265 a ASTM B348. Stupeň 2 umožňuje více železa a více kyslíku, což je přesně to, co zvyšuje jeho pevnost a snižuje jeho prodloužení.

Kyslík je pevný -ztužovač roztoku v alfa titanu: deformuje krystalovou mřížku a ztěžuje dislokační pohyb. Zvýšení maximální hladiny kyslíku o 0,07 bodu mezi stupněm 1 a stupněm 2 proto způsobuje spíše nepřiměřenou změnu mechanického chování než jen okrajovou.

Mechanické vlastnosti vedle sebe

Měřeno oproti garantovaným minimálním hodnotám, stupeň 2 nabízí zhruba o 44 % vyšší pevnost v tahu a téměř dvojnásobnou mez kluzu než stupeň 1, a k dosažení tohoto cíle zbývá pouze čtyři procentní body prodloužení. Vzhledem k tomu, že tyto dvě třídy mají identickou hustotu, extra pevnost nikdy nestojí extra váhu, což je důležité při práci rotoru, draku letadla a podvozku, kde je hmotnostní rozpočet stanoven předem.

Tvařitelnost, chování při svařování a obrábění

Stupeň 1 je nejměkčí komerčně čistý titan v běžné nabídce a je přirozenou volbou, když je třeba součást spíše tvarovat než zatěžovat: hluboko-tažené misky, hydroformované sekce, tenkostěnné-trubky výměníku tepla, expanzní měchy a složité-výměnné panely. Jeho vysoká tažnost umožňuje přijímat malé poloměry ohybu a vyžaduje méně mezistupňového žíhání než stupeň 2.

Stupeň 1: minimální poloměr ohybu obvykle kolem 1,5 až 2násobku tloušťky plechu v žíhaném stavu.

Stupeň 2: minimální poloměr ohybu se obvykle pohybuje kolem 2 až 2,5 násobku tloušťky plechu a pracuje- rychleji, takže progresivní tvářecí operace vyžadují větší poloměry nebo další žíhání.

Oba druhy se svařují čistě wolframovým inertním plynem nebo plazmovými metodami pod plným argonovým stíněním, s použitím plniva ERTi-1 nebo ERTi-2 na AWS A5.16; Stupeň 2 je z těchto dvou shovívavější, protože je méně citlivý na mírné změny příkonu tepla.

Obrábění je u těchto dvou jakostí srovnatelné a obě jsou klasifikovány jako obtížné: nízká tepelná vodivost koncentruje teplo na břitu a nízký modul pružnosti podporuje průhyb a chvění. Ostré, pozitivní-karbidové nástroje, pevné uchycení a velkorysé zaplavení nebo-vysokotlaká chladicí kapalina jsou standardní praxí.

Letecký servis a zvýšená teplota

Pokud jde o letový hardware, stupeň 2 je specifikován mnohem častěji než stupeň 1. Mezi typické součásti patří držáky a armatury draku letadla, podpěry hydraulického vedení, příslušenství motoru, detaily podvozku-, upevňovací prvky a spojovací materiál. Důvodem je vyšší garantovaná pevnost, předvídatelné únavové chování při cyklickém zatěžování a stabilní mikrostruktura, která si v nepřetržitém provozu udržuje tuhost až do zhruba 300 stupňů C, což pokrývá většinu prostředí draku letadla a-motorového prostoru.

Stupeň 1 se objevuje v letectví a kosmonautice v jiné roli: potrubí, tepelné štíty, dilatační spáry a podložky nebo těsnicí prvky, kde je hnacím motorem návrhu spíše shoda než nosnost. Certifikace pro kteroukoli jakost je normálně vázána na ASTM B265 nebo ASTM B348 s plnou sledovatelností tepelného-čísla a pro implantabilní nebo lékařský{5}}přilehlý hardware ASTM F67 řídí požadavky na komerčně čisté složení.

Motorsport a General Fabrication

Motorsport se řídí stejnou logikou s kratším designovým cyklem. Stupeň 1 se používá pro výfukové systémy, tepelné štíty, ochranné panely a ručně{2}}vyráběné karoserie, kde o výsledku rozhoduje tažnost a svařitelnost. Stupeň 2 se používá pro závěsná ramena, podpěry, držáky podvozku, vnitřní části motoru a vysoce namáhané spojovací prvky, kde na meze kluzu záleží více než na schopnosti ohnout.

Hmotnostní výhoda je komerční argument: svislý nebo závěsný článek třídy 2 nese zhruba 45 % hmotnosti srovnatelné ocelové součásti při ekvivalentní tuhosti, zatímco ocelové spojovací prvky třídy 8.8 nebo 10.9 jsou běžně nahrazovány titanovými spojovacími prvky třídy 2, aby se ušetřila hmota v neodpružených místech.

Odolnost proti korozi a vliv na životní prostředí

Oba typy se spoléhají na pasivní film oxidu titaničitého o tloušťce několika nanometrů, který se po poškrábání v přítomnosti kyslíku nebo vlhkosti okamžitě přetvoří. V praxi se tyto dvě třídy chovají v provozních prostředích téměř identicky:

Nepřetržité ponoření do mořské vody a opakované vystavení-solné sprše, za normálních podmínek bez důlků nebo štěrbin.

Procesní proudy obsahující chlór, chlornan a chlorid-v chemických závodech a odsolovacích systémech.

Oxidující kyseliny a mírně redukční média, kde je pasivní film udržován přítomnými oxidačními látkami.

Průmyslové a mořské atmosféry po desetiletí, bez nutnosti ochranného nátěru.

Při návrhu si zaslouží pozornost tři limity. Titan není vhodný pro kyselinu fluorovodíkovou, koncentrované horké redukční kyseliny nebo suchý chlór bez přítomnosti vody. Galvanické spojení s uhlíkovou ocelí nebo nerezovou ocelí ve vlhkém prostředí by mělo být řízeno izolací nebo vyloučením velkých poměrů katodových -k-anodě. A absorpce vodíku při zvýšené teplotě v přítomnosti vlhkosti může zkřehnout tenké řezy, proto je maximální hladina vodíku 0,015 % přísně kontrolována u obou tříd.

Jak si vybrat mezi stupněm 1 a stupněm 2

Vyberte Stupeň 1, pokud je návrh určován náročností tváření, svařitelností nebo rázovou tolerancí, nebo pokud je součástí kryt, štít, potrubí nebo těsnění s malým konstrukčním zatížením.

Stupeň 2 zvolte, když díl nese strukturální zatížení, když musí být prokázána únavová životnost nebo když lze dosáhnout menší tloušťky stěny s vyšší mezí kluzu.

Jakmile budou schváleny kvalifikační zkoušky a postupy svařování, zůstaňte u třídy uvedené na vydaném výkresu; přepínání mezi těmito dvěma třídami mění kvalifikaci postupu svařování a někdy vyžaduje re{0}}certifikaci hotového dílu.

Nikdy nepoužívejte tyto dvě jakosti zaměnitelně ve zdravotnických součástech nebo tlakových zařízeních, kde jsou konstrukční přípustné hodnoty vázány na konkrétní specifikaci a třídu.

Často kladené otázky

Otázka: Jaký je hlavní rozdíl mezi titanem 1. a 2. třídy?
Obsah kyslíku. Stupeň 1 je omezen na 0,18 % kyslíku a Stupeň 2 na 0,25 %, díky čemuž je Stupeň 2 asi o 44 % silnější v tahu a zhruba dvakrát silnější v kluzu, zatímco Stupeň 1 si zachovává vyšší tažnost a snadněji se tvoří.

Otázka: Mají titan třídy 1 a třídy 2 stejnou hmotnost?
Ano. Oba mají hustotu 4,51 g/cm3 a stejný modul pružnosti asi 102 GPa, takže spínací stupně mění pevnost a tažnost, ale ne hmotnost identického dílu.

Otázka: Lze třídu 1 a třídu 2 vzájemně svařit?
Ano. Oba jsou alfa titan se srovnatelným svařovacím chováním a pro jejich spojení se běžně používá přídavný drát třídy 2 podle AWS A5.16 za předpokladu, že je postup vhodný pro tenčí nebo pevnější z obou materiálů.

Otázka: Která třída je odolnější proti korozi?
V mořské vodě, chloridech a většině průmyslových atmosfér je rozdíl zanedbatelný, protože oba závisí na stejném pasivním oxidovém filmu. Tam, kde přídavek na korozi ovlivňuje tloušťku stěny, se často volí stupeň 1, aby se dosáhlo malého množství extra tažnosti a nižších nákladů.

Otázka: Která třída je lepší pro hluboké kreslení?
Stupeň 1. Jeho vyšší tažnost o 24 % minimálně a nižší mez kluzu umožňují hlubší tažení a užší poloměry ohybu před praskáním a obvykle potřebuje méně mezilehlých žíhání než Grade 2.

Otázka: Které normy se týkají frézovacích produktů třídy 1 a třídy 2?
ASTM B265 a ASME SB-265 pro plechy, pásy a desky, ASTM B348 pro tyče a sochory, ASTM B337 pro bezešvé trubky, ASTM B338 pro svařované trubky, ASTM B863 pro drát a ASTM F67 pro lékařskou kvalitu komerčně čistého titanu.

Otázka: Která třída by se měla používat při 300 stupních C?
Stupeň 2 je obvyklou volbou pro nepřetržitý provoz při této teplotě, protože si zachovává užitečnou pevnost s větší rezervou než stupeň 1, ačkoli chování při tečení a návrh spoje by měly být z hlediska dlouhodobého provozu stále přezkoumány.