Grade 1 ja Grade 2 ovat molemmat kaupallisesti puhdasta titaanilaatua (CP Ti), jotka tunnetaan erinomaisesta korroosionkestävyydestään ja prosessoitavuudestaan. Pienet erot kemiallisessa koostumuksessa (ensisijaisesti happi- ja rautapitoisuudessa) johtavat kuitenkin vaihteluihin niiden muovattavuuden, hitsauksen yhteensopivuuden ja työstettävyyden suhteen.
1. Muovattavuus (valmistuksen suorituskyky)
Muovattavuus viittaa materiaalin kykyyn läpikäydä plastinen muodonmuutos (esim. taivutus, vetäminen, valssaus, meistäminen) halkeilematta tai rikkoutumatta. Siihen vaikuttavat suoraan sitkeys, myötölujuus ja kovettumisaste-avainominaisuudet, jotka eroavat luokan 1 ja 2 välillä välielementtien sisällön vuoksi.
| Aspekti | luokan 1 titaani | luokan 2 titaani |
|---|---|---|
| Taipuisuus ja venymä | Poikkeuksellinen sitkeys (murtovenymä: 24–30 % ASTM B265:n mukaan). Kestää äärimmäisiä kylmämuovausoperaatioita (esim. syväveto, monimutkainen taivutus, kehruumuovaus) ilman välihehkutusta. | Hyvä sitkeys (murtovenymä: 20–25 % ASTM B265:n mukaan). Soveltuu useimpiin standardimuovausprosesseihin, mutta voi vaatia hehkutusta raskaan muodonmuutoksen jälkeen sitkeyden palauttamiseksi. |
| Tuottovoima | Pienempi myötöraja (suurempi tai yhtä suuri kuin 170 MPa, ASTM B265). Vähentynyt muodonmuutoskestävyys helpottaa muotoilua pienemmillä muovausvoimilla. | Korkeampi myötöraja (suurempi tai yhtä suuri kuin 275 MPa, ASTM B265). Kohtalaisen korkeampi muodonmuutoskestävyys vaatii hieman enemmän muovausvoimaa luokkaan 1 verrattuna. |
| Työn kovettumisaste | Hidas työkarkaisu. Säilyttää sitkeyden useiden muovausvaiheiden aikana minimoiden lämpökäsittelyn tarpeen. | Kohtalainen työkarkaisu. Kovettuu hieman nopeammin kuin Grade 1, mutta silti hallittavissa useimmissa valmistustyönkuluissa. |
| Avainten muodostusprosessit | Ihanteellinen: Syväveto (esim. kemikaalien varastosäiliöt, lääkinnällisten laitteiden komponentit), tarkkuustaivutukseen, rullamuovaukseen ja orbitaalimuovaukseen. | Soveltuu: Vakiotaivutukseen, valssaukseen (esim. putket, levyt), leimaamiseen ja laippaukseen. Vähemmän optimaalinen ultra-syväpiirtämiseen verrattuna luokkaan 1. |
| Hehkutusvaatimus | Tarvitaan harvoin muovausoperaatioissa. Hehkutusta (650–700 astetta, ilmajäähdytys) suositellaan vain monimutkaisille osille, joissa on vakavia muodonmuutoksia. | Saattaa vaatia hehkutusta raskaan muovauksen jälkeen jäännösjännityksen lievittämiseksi ja sitkeyden palauttamiseksi, erityisesti kriittisissä sovelluksissa (esim. paineastioissa) käytettävien osien osalta. |
2. Sopivat hitsausmenetelmät
Sekä Grade 1 että Grade 2 titaanilla on erinomainen hitsattavuus alhaisen hiilipitoisuuden ja haurautta aiheuttavien seosaineiden puuttumisen vuoksi. Titaanin korkea affiniteetti happea, typpeä ja vetyä kohtaan korotetuissa lämpötiloissa edellyttää kuitenkin tiukkaa suojausta hitsin kontaminoitumisen estämiseksi.
| Hitsausmenetelmä | Soveltuu luokalle 1/2 | Teollisen käytön tärkeimmät huomiot |
|---|---|---|
| Kaasuvolframikaarihitsaus (GTAW/TIG) | Erittäin sopiva (yleisimmin käytetty CP Ti:lle). Tuottaa korkealaatuisia-korroosionkestäviä{2}}hitsejä minimaalisilla roiskeilla. | - Käytä erittäin-puhdasta argonia (99,99 %+) suojaamiseen (hitsausallas, lämpö-vaikutusalue ja liitoksen takapuoli).
- Vältä hitsaamista ilmassa tai kosteudessa. esi-puhdista perusmetalli (poista öljy, rasva, oksidikalvot) kontaminoitumisen estämiseksi.
- Suositellaan ohuille ja keskipaksuille-osille (0,5–12 mm), kuten putkille, levyille ja lääketieteellisille implanteille. |
| Kaasukaarihitsaus (GMAW/MIG) | Soveltuu keskipaksuille osille (3-20 mm). Tarjoaa korkeammat kerrostumisnopeudet kuin GTAW, mikä parantaa tuottavuutta suurissa-projekteissa. | - Käytä runsaasti argon-suojakaasua (argon + 2–5 % heliumia) valokaaren vakauden parantamiseksi.
- Valitse titaani-spesifiset täytemetallit (esim. ERTi-1 luokalle 1, ERTi-2 luokalle 2) perusmetallin koostumuksen mukaan.
- Ihanteellinen teollisuuslaitteiden valmistukseen (esim. kemialliset reaktorit, merirakenteet). |
| Plasmakaarihitsaus (PAW) | Soveltuu ohuiden levyjen (0,1–6 mm) ja kapeiden liitosten tarkkuushitsaukseen. Tarjoaa syvemmän tunkeutumisen ja paremman hallinnan kuin GTAW. | - Edellyttää kehittyneitä laitteita ja operaattoritaitoja; sopii erittäin -tarkkuussovelluksiin (esim. ilmailukomponentit, elektroniikkakotelot).
- Säilytä tiukka suojaus hitsin haurastumisen välttämiseksi. |
| Elektronisuihkuhitsaus (EBW) | Soveltuu paksuille profiileille (jopa 50 mm) ja erittäin-tarkkoihin ja lujisiin{2}}hitsauksiin. Ei vaadi suojausta ilmakehän vaikutuksilta (tyhjiöympäristö). | - Korkeat pääomakustannukset; käytetään tyypillisesti kriittisissä komponenteissa ilmailu-, puolustus- tai ydinteollisuudessa.
- Minimoi lämmön-vaikutusvyöhykkeen (HAZ) leveyden ja vähentää jälki{2}}hitsauksen vääristymiä. |
| Resistanssipistehitsaus (RSW) | Soveltuu ohuille levyille (0,3–3 mm) auto-, ilmailu- tai kulutuselektroniikassa. Nopea hitsausnopeus ja alhainen lämmöntuotto. | - Käytä vesijäähdytteisiä kuparielektrodeja kiinnittymisen estämiseksi.
- Varmista oikea kohdistus ja paine välttääksesi hitsin huonon tunkeutumisen.
- Jälki-hitsaus saattaa olla tarpeen pintaoksidien poistamiseksi. |
| Hitsaus täyteainemetallit | Luokka 1: ERTi-1 (vastaa puhtautta ja sitkeyttä)
Luokka 2: ERTi-2 (vastaa lujuutta ja korroosionkestävyyttä) |
Vältä käyttämästä täyteaineita, joissa on korkea happi- tai rautapitoisuus, koska ne voivat heikentää hitsin sitkeyttä ja korroosionkestävyyttä. |
Kriittinen hitsaushuomautus: Molemmat lajikkeet vaativat jälki{0}}hitsauksen (esim. hionta, peittaus) hitsin pinnalle muodostuneen hauraan oksidikerroksen (TiO₂) poistamiseksi. Sovelluksissa, jotka vaativat maksimaalista korroosionkestävyyttä (esim. kemiallinen käsittely), voidaan suositella jälki-hitsauksen hehkutusta (600–650 astetta, argonsuojaus) jäännösjännityksen lievittämiseksi.
3. Työstettävyyserot luokan 1 ja 2 välillä
Koneistettavuudella tarkoitetaan materiaalin leikkaamisen, poraamisen, jyrsinnän tai sorvauksen helppoutta säilyttäen samalla työkalun käyttöiän ja pinnan viimeistelyn. Titaanin alhainen lämmönjohtavuus (≈1/4 teräksestä) ja korkea kemiallinen reaktiivisuus korkeissa lämpötiloissa tekevät siitä "vaikeasti-koneistettavan-" materiaalin, mutta erot luokan 1 ja 2 välillä ovat huomattavia.
| Aspekti | luokan 1 titaani | luokan 2 titaani |
|---|---|---|
| Työstettävyysluokitus | Hieman parempi työstettävyys (luokitus: ~25 vs. teräs=100). Pienempi lujuus ja karkaisuaste vähentävät työkalun kulumista. | Kohtalaisen vaikeampi työstää (luokitus: ~20 vs. teräs=100). Korkeampi myötöraja ja työkarkaisuaste lisäävät leikkausvoimia ja työkalun jännitystä. |
| Leikkausvoimat | Tarvitaan pienempiä leikkausvoimia. Pienennetty vastustuskyky lastun muodostumiselle minimoi työkalun taipumisen. | Tarvitaan suurempia leikkausvoimia. Jäykempi materiaali lisää työkalun kuormitusta erityisesti rouhintaoperaatioiden aikana. |
| Työn kovettuminen | Hidas työkarkaisu. Lastut ovat jatkuvia eivätkä ne todennäköisesti tartu työkaluun (built{1}}up edge, BUE). | Kohtalainen työkarkaisu. Lastut voivat muuttua epäjatkuviksi ja tarttua työkaluun, mikä johtaa huonoon pintakäsittelyyn ja lisääntyneeseen työkalun kulumiseen. |
| Työkalun käyttöikä | Pidempi työkalun käyttöikä (10–15 % korkeampi kuin Grade 2) käytettäessä samoja leikkausparametreja. | Lyhyempi työkalun käyttöikä suuremman kitkan ja lämmönmuodostuksen ansiosta työkalu{0}}sirun rajapinnassa. |
| Suositeltavat leikkaustyökalut | Kovametallityökalut (esim. WC-Co), joissa on terävät reunat ja positiiviset kulmakulmat. TiAlN tai timanttipinnoitteet parantavat kulutuskestävyyttä. | Samat työkalumateriaalit kuin luokka 1, mutta saattaa vaatia useammin työkalujen vaihtoa tai laadukkaampia-pinnoitteita (esim. CVD-timantti) pitkäaikaista käyttöä varten. |
| Leikkausparametrit | - Nopeus: 30–60 m/min (sorvaus/jyrsintä)
- Syöttönopeus: 0,1–0,2 mm/kierros
- Leikkaussyvyys: 1–3 mm
- Käytä leikkausnesteitä (esim. mineraaliöljyä + äärimmäisen paineen lisäaineita) lämmön haihduttamiseen. |
- Nopeus: 25–50 m/min (hitaampi kuin luokka 1 lämmön vähentämiseksi)
- Syöttönopeus: 0,08–0,15 mm/kierros (matala työskentelykovettumisen minimoimiseksi)
- Leikkaussyvyys: 1–2 mm (matala työkalun kuormituksen vähentämiseksi)
- Lisääntynyt jäähdytystarve (esim. korkeapaineiset-jäähdytysnestejärjestelmät). |
| Pintakäsittely | Helpompi saavuttaa sileät pintakäsittelyt (Ra pienempi tai yhtä suuri kuin 0,8 μm) vähentyneen BUE-muodostuksen ansiosta. | Alkaa huonompaan pintakäsittelyyn, jos leikkausparametreja ei ole optimoitu. Saattaa vaatia lisäviimeistelytöitä (esim. hionta, kiillotus). |
Parhaat työstökäytännöt molemmille luokille:
Käytä jäykkiä työstökoneita tärinän ja työkalun taipuman minimoimiseksi.
Vältä keskeytettyjä leikkauksia (esim. kiilaurat, urat) mahdollisuuksien mukaan, koska ne lisäävät työkalun kulumista.
Pidä leikkuutyökalut terävinä kitkan ja lämmön muodostumisen vähentämiseksi.
Käytä kuivatyöstöä vain pieniin{0}}rasitustoimintoihin-. Märkätyöstö erikoistuneilla titaanin leikkausnesteillä on suositeltava useimmissa sovelluksissa.
