Periaate: Sula titaani kaadetaan esivalmistettuihin muotteihin ja kiinteytetään lähes -verkko-muotoisten komponenttien muodostamiseksi, tyypillisesti käyttämällä investointivalua (lost-wax valu) monimutkaisten geometrioiden aikaansaamiseksi.
Sisäinen rakenne
Valetulla titaanilla (mukaan lukien kaupallisesti puhdas titaani ja seokset, kuten GR.5) on karkea, suunnattu mikrorakenne, jota hallitsevat pylväsmäiset tai tasaakseliset rakeet, ja seosalkuaineet (esim. Al ja V GR.5:ssä) erottuvat suuresti raerajoilla. As{5}}valurakenteessa on usein valuvirheitä, kuten kutistumishuokoisuus, kaasuhuokoset (H₂, N2) ja ei--metalliset sulkeumat (TiO₂). + -seoksilla, kuten GR.5, as-valettu mikrorakenne on ensisijaisesti lamellaarinen + (Widmanstätten-rakenne), jossa ei ole merkittävää rakeisuutta tai rakenteen kehittymistä.
Tiheys
Titaanin teoreettinen tiheys on 4,51 g/cm³, mutta valetulla titaanilla onsuhteellinen tiheys 95-98 %johtuen luontaisista huokoisuudesta ja kutistumisvirheistä. Voimakkaat kutistuvat ontelot tai suuret huokoset voivat edelleen vähentää tiheyttä alle 95 prosenttiin, mikä johtaa jännityksen keskittymiseen ja suorituskyvyn heikkenemiseen.
Mekaaniset ominaisuudet
Vahvuus ja sitkeys: Valetun titaanin vetolujuus on alhainen huoneen-lämpötilassa (esim. -valetun GR.5:n vetolujuus on 700–750 MPa, noin 15 % pienempi kuin hehkutetulla taotulla GR.5:llä) ja huono sitkeys (venymä 5–8 %, alle puolet taottujen raelaatujen vuoksi). Sen myötölujuus on myös alhainen (600–650 MPa) ja suuntautuvan jähmettymisen aiheuttama merkittävä anisotropia.
Sitkeys ja väsymys: As{0}}valetun GR.5:n murtolujuus on vain 30–40 MPa·m¹/² (vs . 60 MPa·m¹/² taotulle materiaalille) ja väsymislujuus (10⁷ jaksoa) on 200–250 MPa (37–50 %:n vähennys vaurioituneesta paikasta).
Korkea{0}}lämpötilojen suorituskyky: Lamellirakenne tarjoaa kohtalaisen virumisvastuksen 300–400 asteessa, mutta kokonaislujuus korkeassa-lämpötilassa on huonompi kuin muokatun titaanin alhaisen tiivistymisen vuoksi.
Periaate: Titaaniaihiot altistetaan korkean -lämpötilan (-transus + lejeeringeille alle) plastiselle muodonmuutokselle vasara- tai puristustaontalla, mikä rikkoo karkeat valurakeet ja muodostaa epämuodostuneen mikrorakenteen.
Sisäinen rakenne
Taotussa titaanissa on ahienostunut, epämuodostunut + mikrorakennesuunnatulla raevirtauksella (kuitumainen rakenne) taontasuuntaa pitkin. As-taottu rakenne eliminoi valuvirheet (huokoisuus, erottuminen) ja hajottaa karkeat lamellirakeet tasaakselisiksi tai kaksimuotoisiksi + rakeiksi (riippuen taontalämpötilasta ja jäähdytysnopeudesta). GR.5:lle takomisen jälkeinen hehkutus tuottaa tasaisen tasaakselin + rakenteen, jonka raekoko on 5–10 μm (vs. 50–100 μm valumateriaalille).
Tiheys
Takominen poistaa sisäiset huokoset ja tiivistää materiaalia, mikä johtaa asuhteellinen tiheys suurempi tai yhtä suuri kuin 99,5 %, lähellä titaanin teoreettista tiheyttä. Tiivistys varmistaa, ettei sisäisiä aukkoja, jotka voisivat aiheuttaa jännityksen keskittymistä.
Mekaaniset ominaisuudet
Vahvuus ja sitkeys: Taotun ja hehkutetun GR.5:n vetolujuus on 860–900 MPa, myötöraja 800 MPa ja venymä 10–15 %, mikä edustaa tasapainoista yhdistelmää korkeaa lujuutta ja sitkeyttä. Suuntainen raevirtaus johtaa kohtalaiseen anisotropiaan (lujuus taontasuunnassa on 5–10 % suurempi kuin poikittaissuunta).
Sitkeys ja väsymys: Murtolujuus saavuttaa 55–65 MPa·m¹/², ja 10⁷-syklin väsymislujuus on 350–400 MPa, mikä on huomattavasti korkeampi kuin valetun titaanin, johtuen rakeiden jalostuksesta ja vikojen eliminoinnista.
Korkea{0}}lämpötilojen suorituskyky: Taotun GR.5:n bimodaalinen mikrorakenne tarjoaa erinomaisen virumiskestävyyden 300–400 asteessa (virumisvenymä)<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
Periaate: Titaaniharkot tai -aihiot käsitellään kuuma-/kylmävalssauksella levyjen, levyjen tai nauhojen valmistamiseksi, jolloin valssaussuuntaa pitkin tapahtuu plastinen muodonmuutos litistetyn, teksturoidun mikrorakenteen muodostamiseksi.
Sisäinen rakenne
Kuumavalssatussa{0}}titaanissa on auudelleenkiteytetty equiaxed + mikrorakennejyvät, jotka ovat venyneet vierintäsuuntaa pitkin (muodostavat vierivän rakenteen). Kylmävalssatulla titaanilla (ennen hehkutusta) on epämuodostunut, työ-karkaistu rakenne ja suuri dislokaatiotiheys; Hehkutus kylmävalssauksen jälkeen jalostaa rakeita 3–5 μm:iin (hienempi kuin taottu titaani). GR.5-arkeilla valssatulla rakenteella on vahva {0001} perusrakenne, mikä johtaa merkittävään muovattavuuden ja mekaanisten ominaisuuksien anisotropiaan.
Tiheys
Rolling saavuttaa täyden tiivistymisen asuhteellinen tiheys suurempi tai yhtä suuri kuin 99,8 %, koska jatkuva puristusmuodonmuutos eliminoi jäännöshuokoisuuden ja varmistaa tasaisen materiaalin pakkauksen. Kylmävalssaus parantaa entisestään tiheyttä vähentämällä rakeiden välisiä rakoja.
Mekaaniset ominaisuudet
Vahvuus ja sitkeys: Annealed hot-rolled GR.5 sheets have a tensile strength of 850–880 MPa, yield strength of 780–800 MPa, and elongation of 12–18% (higher ductility than forged titanium due to finer grains). Cold-rolled (unannealed) GR.5 has ultra-high strength (tensile strength >1000 MPa), mutta alhainen sitkeys (venymä<5%) due to work hardening.
Sitkeys ja väsymys: Valssatun GR.5:n murtolujuus on 50–60 MPa·m¹/² (hieman pienempi kuin taotut teräslajit rakenteen -aiheuttaman anisotropian vuoksi), kun taas väsymislujuus on 380–420 MPa (suurempi kuin taotun materiaalin hienomman raekoon ja sileän pinnan ansiosta).
Muovattavuus: Valssatuilla levyillä on erinomainen kylmämuovattavuus (esim. taivutus, meisto) valssaussuunnassa, mutta poikittaissuunnassa muovattavuus on heikko vahvan rakenteen vuoksi, mikä rajoittaa niiden käyttöä monimutkaisissa -muotoisissa komponenteissa.
Periaate: Titaanijauhe (valmistettu kaasusumutus- tai hydridi-dehydridi (HDH) -menetelmillä) tiivistetään ja sintrataan korkeissa lämpötiloissa täysin tiheiden komponenttien muodostamiseksi, mikä mahdollistaa lähes -net-muodon valmistuksen ja mikrorakenteen hallinnan.
Sisäinen rakenne
PM titaanissa on ayhtenäinen, hieno{0}}rakeinen tasaakselinen mikrorakenne(raekoko 2–5 μm) ilman suuntautuvaa rakennetta tai erottelua, koska jauhehiukkaset kiteytyvät täysin uudelleen sintrauksen aikana. PM GR.5:n mikrorakenne on homogeeninen + matriisi, jossa on tasaisesti jakautuneita hienoja -faasihiukkasia. Kuitenkin jäännöshuokoset (Vähintään 1 tilavuusprosentti) ja vähäisiä oksidisulkeumia (jauheen pinnan hapettumisesta) voivat jäädä raerajoille.
Tiheys
PM-titaanin tiheys riippuu sintrausparametreista: tyhjösintratulla PM-titaanilla onsuhteellinen tiheys 98–99,5 %, kun taas kuumaisostaattinen puristus (HIP){0}}jälkikäsittely voi nostaa tiheyden vähintään 99,8 %:iin vastaamaan muokatun titaanin tasoa. HDH-jauhe (epäsäännöllinen muoto) tuottaa alhaisemman tiheyden kuin kaasu-sumutettu jauhe (pallomainen muoto) huonon pakkaustehokkuuden vuoksi.
Mekaaniset ominaisuudet
Vahvuus ja sitkeys: Sintratun PM GR.5:n vetolujuus on 800–850 MPa, myötöraja 750–780 MPa ja venymä 8–12 % (jäännöshuokoisuuden vuoksi hieman pienempi kuin muokatuilla lajeilla). HIP-käsitellyllä PM GR.5:llä saavutetaan 850–900 MPa:n vetolujuus ja 10–15 % venymä, joka on verrattavissa taottuun titaaniin.
Sitkeys ja väsymys: PM GR.5:n murtolujuus on 45–55 MPa·m¹/² (alempi kuin muokatun materiaalin oksidisulkeutumien vuoksi) ja väsymislujuus on 300–350 MPa (parannettu 380–400 MPa:iin HIP:llä). Hieno-rakeinen rakenne antaa PM-titaanille erinomaisen kulutuskestävyyden, joka ylittää taotuilla lajeilla.
Kustannukset ja räätälöinti: PM mahdollistaa monimutkaisten komponenttien tuotannon minimaalisella materiaalihukalla, mutta jauheen hapettuminen ja huokoisuus rajoittavat sen käyttöä erittäin{0}}väsymissä ilmailusovelluksissa, mikä tekee siitä sopivan teollisuus- ja lääketieteellisiin komponentteihin (esim. ortopedisiin implantteihin), joiden suorituskykyvaatimukset ovat kohtalaiset.
