Pojasnjene komercialno čiste stopnje titana, s stopnjo 1 v središču

Komercialno čisti titan ni en material. Štiri nelegirane stopnje so opredeljene z istimi specifikacijami, razlika med njimi pa je skoraj v celoti odvisna od količine kisika, ki jo kovina lahko vsebuje. Razumevanje te posamezne spremenljivke zadostuje za pravilno izbiro med njimi.

Zakaj je kisik pravi legirni element

Kisik se raztopi v mreži titana kot vmesni element in ga bistveno okrepi, na račun duktilnosti. Zvišanje mejne vrednosti kisika z 0,18 % na 0,40 % približno podvoji natezno trdnost razreda, zato štirje nelegirani razredi tvorijo lestvico trdnosti, ki poteka od najmehkejšega in najbolj oblikovanega do najmočnejšega in najmanj oblikovanega. Železo in dušik delujeta v podobni smeri in vsi trije so v specifikaciji omejeni posamično, toda kisik je element, ki se po lestvici stopenj spreminja za največjo količino, in tisti, ki se najpogosteje uporablja za opis stopenj.

Primerjava štirih nelegiranih razredov

Ogljik je omejen na 0,08 %, vodik pa na 0,015 % v vseh štirih razredih po ASTM B265, specifikaciji za titanove trakove, plošče in plošče, z vzporednimi zahtevami v ASTM B338 za cevi in ​​ASTM B348 za palice. Odpornost proti koroziji je v bistvu enaka za vse štiri v večini okolij, zato je izbira stopnje običajno odvisna od trdnosti in sposobnosti oblikovanja, ne pa od korozijske učinkovitosti.

1. razred v podrobnostih

Stopnja 1 je najmehkejša in najbolj duktilna v skupini. Specifikacija določa najmanjšo natezno trdnost 240 MPa in najmanjšo mejo tečenja 138 MPa s 24-odstotnim minimalnim raztezkom, in ker se kisik zadržuje na največ 0,18 %, se kovina upogne, globoko povleče, vrti in raztegne v cevno ploščo z manjšo nevarnostjo razpok kot kateri koli drug razred. Kadar komponenta potrebuje majhen polmer upogiba, globoko oblikovano obliko ali zvit cevni spoj, ki mora tesniti, ima razred 1 izdelovalcu največ delovnega prostora.

Omejitve so enako jasne. Ima najnižjo trdnost od štirih, zato je napačna izbira za obremenjen konstrukcijski člen, kjer bi razred 2 ali razred 4 omogočal tanjši del. To je tudi razred, katerega moč se najbolj spreminja z majhno spremembo kisika, zato je naročanje na spodnji del območja kisika namerna odločitev glede specifikacije in ne privzeta.

Kjer zmaga 1. razred

Stopnja 1 je izbrana za opremo za kemično obdelavo, ki ravna s kloridi in oksidirajočimi kislinami, sisteme za razsoljevanje in morsko vodo, plošče za izmenjavo plošč in okvirjev, anode in katode v elektrokemičnih obratih, kontaktne površine s hrano in farmacevtskimi izdelki, kjer se zahteva ne-strupena površina, ki jo je mogoče očistiti, ter medicinske vsadke in instrumente, kjer sta biološka združljivost in sposobnost oblikovanja pomembni. Njegova odpornost na morsko vodo, kloride in široko paleto kemikalij je razlog, da se pojavlja v komponentah za morje in razsoljevanje, pomanjkanje magnetnega odziva pa je uporabno v instrumentih in opremi, kjer bi bile magnetne motnje problem.

Kdaj napredovati po lestvici

Prehod iz stopnje 1 v stopnjo 2 je običajen korak, ko je potrebno skromno povečanje trdnosti, ne da bi se veliko odrekli sposobnosti oblikovanja, stopnja 2 pa je delovni konj za splošne namene nelegirane družine. Stopnja 3 se uporablja, kadar trdnost stopnje 2 ni zadostna na dovoljenem odseku. Stopnja 4 z vsebnostjo kisika do 0,40 % ponuja najvišjo trdnost med nelegiranimi vrstami in se uporablja za pritrdilne elemente, dele ventilov in strukturne komponente z zmerno obremenitvijo, na račun zmanjšane duktilnosti in večjih težav pri oblikovanju. Kjer je potrebna večja trdnost pri nižji teži, prevzame legirana stopnja 5, in kjer je omejitev korozija v razpokah v vročih kloridih, so odgovor stopnje, stabilizirane s paladijem.

Opombe o izdelavi

Delo iz titana se utrdi, namesto da se lokalno stanjša, zato so postopki oblikovanja koristni zaradi velikodušnih upogibnih radijev in načrtovanja števila korakov oblikovanja, namesto da bi se zanašali na eno veliko deformacijo. Vsa varjenja in termična rezanja morajo biti zaščitena z inertnim plinom, dokler se kovina ne ohladi pod približno 400 stopinj, saj titan zlahka absorbira kisik in dušik, ko je vroč. Obdelava zahteva ostro orodje, nizko rezalno hitrost in učinkovito hladilno sredstvo, ker titan slabo prevaja toploto in rezalni rob absorbira toploto namesto odrezka. Dekapiranje po oblikovanju ali varjenju odstrani površinski oksid in kakršno koli umazanijo z železom, temu pa mora slediti temeljito izpiranje, da se izognemo puščanju ostankov, ki bi lahko kasneje spodbudili prevzem vodika.

Pogosto zastavljena vprašanja

Q:Kakšna je razlika med titanom razreda 1 in razreda 2?
O: Vsebnost kisika. Stopnja 1 dovoljuje največ 0,18 % v primerjavi z 0,25 % za stopnjo 2, zaradi česar je stopnja 1 bolj duktilna in oblikovana, stopnja 2 pa močnejša, z najmanjšo natezno trdnostjo 240 MPa oziroma 345 MPa.

Q:Zakaj je razred 1 opisan kot tržno čist, če vsebuje kisik?
O: Ne vsebuje namernih dodatkov zlitin. Kisik je intersticijska nečistoča, ki je nadzorovana do meje specifikacije in ta meja določa trdnost vsake nelegirane kakovosti.

Q:Ali ima razred 1 boljšo odpornost proti koroziji kot razred 2?
O: V večini okolij sta dejansko enakovredna, ker oba temeljita na isti pasivni oksidni foliji. Izbira med njima je običajno odvisna od sposobnosti oblikovanja in trdnosti, ne pa od odpornosti proti koroziji.

Q:Kakšne so tipične uporabe titana stopnje 1?
O: Oprema za kemično obdelavo, sistemi za razsoljevanje in morsko vodo, elektrokemične anode in katode, kontaktna oprema za živila in farmacevtske izdelke ter medicinski vsadki in instrumenti, kjer sta sposobnost oblikovanja in biokompatibilnost pomembni.

Q:Kako se 4. razred razlikuje od nižjih razredov?
A: Stopnja 4 dovoljuje do 0,40 % kisika in 0,50 % železa, kar daje najmanjšo natezno trdnost 550 MPa in mejo tečenja 483 MPa, kar je najvišja med nelegiranimi stopnjami, vendar ima 15 % najmanjši raztezek in zmanjšano sposobnost oblikovanja.