1. Введение
Титановый класс 2 является наиболее широко используемой маркой технически чистого титана в общем машиностроении..
Это нелегированный титан., обозначен в общих спецификациях как UNS R50400, и это указано в ASTM и стандартах, связанных с имплантатами, таких как ASTM B265., ASTM B348, АСТМ Б338, АСТМ Б861/Б862/Б863, и АСТМ F67, а также ИСО 5832-2 для материалов хирургических имплантатов.
На практике, это «сбалансированный» сорт титана: не самый мягкий, не самый сильный, но зачастую наиболее практичное сочетание коррозионной стойкости, сила, сварка, и формируемость.
2. Что такое класс титана 2?
Титан Оценка 2 представляет собой технически чистый титан, это означает, что его свойства обусловлены в первую очередь строго контролируемыми уровнями примесей, а не преднамеренными легирующими добавками..
При рабочей температуре, CP-титан представляет собой однофазный альфа-титановый материал с кристаллической структурой ГПУ.; его поведение определяется химией, особенно кислород, железо, и другие межстраничные объявления, плюс размер зерна.
Функции
Титановый класс 2 известен четырьмя практическими характеристиками:
- Отличная коррозионная стойкость в морской воде., рассола, окисляющие кислоты, и многие хлоридсодержащие среды.
- Хорошая пластичность и формируемость, с более простой изготовлением, чем более прочные сорта титана.
- Надежная свариваемость при использовании соответствующей инертной защиты..
- Сильное соотношение прочности и веса, с низкой плотностью и полезной прочностью при комнатной температуре.
3. Типичный химический состав титана 2
| Элемент | Максимальный лимит |
| Фей | 0.30% |
| В | 0.08% |
| О | 0.25% |
| Не | 0.03% |
| ЧАС | 0.015% |
| Из | Баланс |
Эти ограничения не являются произвольными.. Из технически чистого титана, кислород и другие межузельные частицы повышают прочность, но постепенно снижают пластичность и легкость формовки..
Вот почему Оценка 2 занимает промежуточное положение между максимальной формуемостью класса 1 и максимальной прочностью CP класса 4..
ASTM F67 четко отражает эту ступенчатую конструкцию.: допустимое содержание кислорода и железа повышается с уровня Grade 1 через класс 4, при этом минимальный предел текучести увеличивается в том же направлении.
4. Металлургия и микроструктура
При рабочей температуре, Оценка 2 по существу 100% альфа-титан.
Карпентер отмечает, что чистый титан превращается из альфа (Гексагональный закрытый) в бета-версию (кубик-ориентированный) при 882,5°С, в то время как при нормальных рабочих температурах титан CP остается в альфа-фазе.
Потому что класс 2 однофазный, его свойства контролируются в основном содержанием примесей и размером зерна., а не по фазовым фракциям или дисперсионному твердению.
Эта металлургическая простота является одной из причин, по которой Grade 2 такой надежный.
Никакого преднамеренного упрочнения за счет сложного химического состава сплава не происходит., поэтому производительность относительно предсказуема для разных поставщиков и форм продукции, когда используются одни и те же спецификации и маршруты обработки..
Компромисс заключается в том, что 2 не может приблизиться к высокой прочности альфа-бета-титановых сплавов, таких как Grade 5.
5. Физические и механические характеристики титана 2
Титановый класс 2 сочетает в себе низкую плотность, умеренная жесткость, полезная прочность при комнатной температуре, и высокая коррозионная стойкость.
В практическом инженерном плане, это не высокопрочный титановый сплав; скорее, это сбалансированная марка технически чистого титана, характеристики которого определяются его превосходными специфическими свойствами и надежными производственными свойствами..
Физические свойства
| Свойство | Типичный / Репрезентативная стоимость | Инженерное значение |
| Плотность | 4.51 G/CM³ (0.163 фунт/в сегодня) | Малый вес по сравнению со сталью; главное преимущество в чувствительном к массе оборудовании. |
| Точка плавления | 1668° C. (3034° F.) | выше, чем сталь (1450° C.) и алюминий (660° C.), обеспечение стабильности в высокотемпературных применениях до 300°C . |
| Модуль упругости | 105–120ГПа | Указывает на умеренную жесткость; ниже, чем сталь, поэтому прогиб необходимо учитывать при проектировании. |
Теплопроводность |
21.79 W/m · k | Относительно низкий; тепловыделение ограничено, влияющие на сварку и механическую обработку. |
| Электрическое сопротивление | 0.53 µОМ · м | Отражает ограниченную электропроводность по сравнению с медью или алюминием.. |
| Магнитное поведение | Немагнитный | Подходит для применений, где важна магнитная нейтральность.. |
| Бета трансус | ~915°С | Отмечает температурную область, в которой фазовое превращение становится актуальным при термической обработке.. |
Механические свойства
| Свойство | Минимум / Репрезентативная стоимость | Инженерное значение |
| Предельная прочность на растяжение | 345 МПА | Подходит для конструкционных и коррозионностойких компонентов, подвергающихся умеренным нагрузкам.. |
| Урожайность | 275 МПА | Определяет уровень напряжения до начала остаточной деформации.. |
| Удлинение | 20% | Демонстрирует хорошую пластичность и способность к формованию.. |
| Уменьшение площади | 30% | Указывает на достаточную прочность и способность к деформации после образования шейки.. |
| Твердость | 160- 200 ВН | Отражает умеренную стойкость к вмятинам и износу.. |
6. Коррозионная устойчивость и биосовместимость
Титановый класс 2 больше всего ценится за свои коррозионные свойства. В воздухе или влаге, это формирует сильный, стабильный, защитная оксидная пленка, которая быстро восстанавливается при повреждении.
Этот пассивный фильм является основной причиной того, что Grade 2 очень хорошо работает во многих химических и морских средах.
Обычно используется в морской воде., рассола, неорганические соли, влажный хлор, щелочные растворы, окисляющие кислоты, органические кислоты, и серосодержащие среды.
Экологические преимущества
- Морская вода и морской сервис.
- Рассолы и неорганические соли.
- Окисляющие кислоты и многие органические кислоты.
- Обслуживание влажного хлора в соответствующих условиях.
Где требуется осторожность
Оценка 2 не универсальная коррозионная броня. Таблицы данных производителя предостерегают от сильных восстановительных кислот., безводный хлор, сильные едкие растворы, фториды, и обслуживание чистого кислорода.
Аллейма также отмечает, что нелегированный титан не следует использовать с сильными восстановительными кислотами., фторидные растворы, чистый кислород, или безводный хлор, а также демонстрирует хорошую стойкость к щелевой коррозии в солевых растворах при температуре ниже 80°C..
Биосовместимость
Титановый класс 2 также важен в медицине, поскольку нелегированный титан признан стандартами на имплантаты..
ИСО 5832-2 определяет нелегированный титан для хирургических имплантатов, и ASTM F67 утверждает, что эти материалы успешно использовались в имплантатах человека, контактирующих с мягкими тканями и костями., с приемлемым биологическим ответом, ожидаемым в соответствующих приложениях.
Вот почему Оценка 2 появляется в медицинских, стоматологический, и контекст биотехнологии.
7. Поведение при изготовлении: Формирование, Сварка, и обработка
Титановый класс 2 широко считается одним из наиболее технологичных марок технически чистого титана., но это все равно требует технологической дисциплины.
Его коррозионная стойкость и пластичность делают его практичным для формовки и соединения., при этом его низкая теплопроводность, склонность к желчности, и чувствительность к загрязнениям требуют тщательной практики производства..
Формирование
Оценка 2 можно формовать обычными методами холодной обработки, включая изгиб, прокатывание, штамповка, и рисунок.
По сравнению с более прочными марками титана, он обеспечивает лучший баланс пластичности и контроля упругости, что делает его подходящим для листа, тарелка, и изготовление труб.
Что сказано, титан не так щаден, как мягкая сталь. Его относительно низкий модуль упругости означает, что пружинение может быть значительным., поэтому припуски на изгиб нужно рассчитывать тщательно.
Инструменты должны быть гладкими и чистыми, чтобы избежать повреждения поверхности., и операции формования должны быть спланированы так, чтобы минимизировать локальную концентрацию напряжений..
Для более узких радиусов или более сложных форм, теплое формование может быть предпочтительнее, поскольку оно уменьшает усилие формования и снижает риск образования трещин..
Сварка
Оценка 2 имеет отличную свариваемость, что является одной из основных причин, по которой его используют в химической обработке., морское оборудование, и биомедицинское оборудование.
Общие методы сварки включают:
- Газовая вольфрамовая сварка (Gtaw / ТИГ)
- Плазменная дуговая сварка
- Электронно-лучевая сварка
- Лазерная сварка
- Контактная сварка в некоторых областях применения
Важнейшим требованием при сварке титана является экранирование.. Горячий титан быстро реагирует с кислородом., азот, и водород, любое воздействие может сделать сварной шов хрупким или обесцветить зону термического влияния..
По этой причине, Качество сварки зависит от тщательной защиты инертным газом не только в зоне дуги., но также на задней и задней частях сварного шва..
Правильно сваренная марка 2 соединение может сохранять превосходную коррозионную стойкость и механическую целостность.
Плохое экранирование, напротив, может вызвать образование альфа-корпуса, Снижение пластичности, и преждевременный сбой в обслуживании.
На практике, чистота сварного шва не является обязательным условием; это часть спецификации материала в функциональном плане.
Обработка
Обработка Оценка 2 осуществимо, но это более требовательно, чем обработка обычных сталей или алюминиевых сплавов.. Основные трудности заключаются в:
- Низкая теплопроводность, который концентрирует тепло на режущей кромке
- Износ инструмента, особенно если условия резания слишком агрессивные
- Образование истираний и наростов на краях
- Нагар или повреждение поверхности при неправильном выборе подачи и скорости.
Хорошая практика обработки для класса 2 обычно включает низкие скорости резания, относительно высокие скорости подачи, Острые карбидные инструменты, жесткое крепление, и обильное количество смазочно-охлаждающей жидкости.
Цель состоит в том, чтобы быстро отвести тепло и предотвратить трение инструмента, а не резку.. По возможности следует избегать прерывистой резки и затупления инструментов..
Качество поверхности особенно важно, когда компонент будет подвергаться коррозии или использоваться в биомедицинских целях..
Поврежденная поверхность может стать местом начала локализованной атаки., поэтому механическая обработка должна сохранять пассивную пленку материала и избегать загрязнения от инструментов или стружки..
8. Преимущества & Ограничения класса титана 2
Титановый класс 2 часто называют коммерчески чистым титаном «общего назначения».. Это описание точное, но неполный.
Его ценность заключается не в экстремальной производительности., но в тщательно сбалансированном сочетании свойств, которые делают его надежным во многих инженерных средах..
Преимущества
Отличная коррозионная стойкость
Оценка 2 исключительно хорошо работает во многих агрессивных средах, особенно морская вода, хлориды, рассола, и ряд окислительных сред.
Его естественная оксидная пленка обеспечивает надежную пассивную защиту., что является одной из основных причин, по которой он так широко используется в химической обработке и морских системах..
Хорошее соотношение прочности и веса
Хоть это и не высокопрочный сплав, Оценка 2 обеспечивает респектабельную механическую прочность при очень низкой плотности.
Это делает его привлекательным для применений, где снижение веса имеет значение, не жертвуя при этом слишком большой структурной целостностью..
Хорошая формируемость
По сравнению с более прочными марками титана, Оценка 2 легче сгибаться, форма, и холодная работа. Это дает дизайнерам и производителям больше гибкости во время производства..
Отличная сварка
Оценка 2 можно надежно сваривать при соблюдении надлежащих процедур защиты..
Это главное практическое преимущество оборудования, работающего под давлением., трубопровод, теплообменники, и сборки, изготовленные по индивидуальному заказу.
Биосовместимость
Оценка 2 хорошо подходит для медицинского и стоматологического использования, поскольку обычно хорошо переносится организмом человека и указан в признанных стандартах имплантатов..
Немагнитный и химически стабильный
Его немагнитные свойства и стабильная оксидная поверхность делают его полезным в специализированном оборудовании, где магнитные помехи или загрязнения должны быть сведены к минимуму..
Ограничения
Меньшая прочность, чем у легированного титана.
Оценка 2 намного слабее, чем титановые сплавы, такие как Grade 5. Когда требуется очень высокая несущая способность или устойчивость к высоким температурам, возможно, это не правильный выбор.
Не идеален для всех химических сред.
Устойчив ко многим агрессивным средам., но не ко всему. Сильные восстановительные кислоты, фторсодержащие растворы, безводный хлор, и некоторые едкие условия могут вызвать серьезные проблемы.
Более требовательная обработка
Оценка 2 нелегко обрабатывать так же, как обычную сталь или алюминий. Требуется правильный инструмент, Скорость резки, охлаждение, и жесткость машины.
Стоимость выше, чем у обычных металлов
Несмотря на то, что это коммерчески чистый сорт., это все равно дороже углеродистой стали, нержавеющая сталь, и многие алюминиевые сплавы. Поэтому его использование должно быть оправдано потребностями в производительности..
Меньшая жесткость, чем у стали.
Как и все марки титана, Оценка 2 имеет более низкий модуль упругости, чем сталь. Структурные конструкции могут потребовать более толстых секций или геометрического усиления для контроля прогиба..
9. Типичные области применения титана 2
Оценка 2 используется там, где коррозионная стойкость и технологичность имеют большее значение, чем максимальная прочность..
Общие области применения включают химическую и морскую технику., пластинчатые теплообменники, реакционные сосуды, испарители, Конденсаторы, гальванические приспособления, опреснительное оборудование, нагреватели морской воды,
Морские компоненты, Аэрокосмическое оборудование, медицинское и фармацевтическое оборудование, и некоторые компоненты электроэнергетики и нефтегазового сервиса..
Типичные области применения
- Химическое оборудование.
- Морской пехотинец и системы опреснения.
- Теплообменники, Конденсаторы, и испарители.
- Медицинский, фармацевтический, и биотехнологическое оборудование.
10. Сравнение с другими марками титана: Оценка 1, 4, и легированные марки 5
| Аспект | Оценка 1 | Оценка 2 | Оценка 4 | Оценка 5 |
| Металлургический тип | Коммерчески чистый титан (CP TI), самый низкий уровень примесей в семействе CP. | Коммерчески чистый титан (CP TI), сбалансированный класс CP. | Коммерчески чистый титан (CP TI), самый сильный из распространенных классов CP. | Альфа-бета титановый сплав, TI-6AL-4V; не коммерчески чистый титан. |
| Относительная сила | Самая низкая прочность среди основных марок CP. | Умеренная сила; минимальный предел текучести 275 МПА (40 KSI). | Самая высокая сила CP; минимальный предел текучести 480 МПА (70 KSI). | Гораздо более высокая прочность, чем у марок CP.; отожженный Ti-6Al-4V имеет предел текучести при сжатии 825–895 МПа и поддается термообработке.. |
Пластичность / Формируемость |
Лучшая пластичность и легкая холодная штамповка в семействе CP.. | Отличная формуемость с хорошим балансом прочности и пластичности.. | Хорошая пластичность и умеренная формуемость, но менее снисходительный, чем 1–2 классы. | Холодная обрабатываемость ограничена.; обычно используется теплое формование, поскольку пружинение при комнатной температуре является значительным.. |
| Коррозионная стойкость | Очень высокая коррозионная стойкость, особенно в окислительной и морской среде. | Превосходная коррозионная стойкость; превосходен в морской воде, рассола, хлориды, окисляющие кислоты, и многие технологические среды. | Превосходная стойкость к коррозии и коррозионно-усталостной стойкости.; сильный в окислении, нейтральный, и слегка восстанавливающие хлориды. | Отличная общая коррозионная стойкость, особенно в морской воде и во многих морских/шельфовых средах; более химически универсальны, чем марки CP, в некоторых средах с пониженным содержанием, но все же зависит от окружающей среды. |
Сварка / изготовление |
Очень хорошая свариваемость и простота изготовления среди марок CP.. | Отличная свариваемость и широко используется там, где необходимы как формовка, так и сварка.. | Хорошая сварка, но более высокий уровень кислорода увеличивает чувствительность к водородному охрупчиванию и дисциплину изготовления.. | Свариваемый, но защитная дисциплина имеет решающее значение; механическая обработка относительно сложна и вызывает истирание. |
| Типичная роль в отборе | Выбор, когда максимальная пластичность и коррозионная стойкость важнее прочности.. | Универсальный выбор из титана CP: точка баланса между силой, Формируемость, и коррозионная стойкость. | Используется, когда требуется наивысшая прочность CP и конструкция может выдерживать пониженную пластичность по сравнению с классами 1–2.. | Выбирается, когда требуется очень высокая прочность и разработчик принимает систему из легированного титана вместо титана CP.. |
11. Заключение
Титановый класс 2 классический коммерчески чистый титан для серьезного инженерного применения.
Он сочетает в себе простую микроструктуру альфа-титана., тщательно ограниченный химический состав примесей, сильная коррозионная стойкость, респектабельная сила, Хорошая сварка, и практическая формуемость.
Это не самая прочная марка титана., и он не всегда устойчив к коррозии, но это один из наиболее разумно сбалансированных материалов, доступных, когда задача проектирования требует долговечности в агрессивных средах..
Причина, по которой он до сих пор так широко используется, не в мистике.; это подходит. Оценка 2 предлагает редкую комбинацию атрибутов, которые инженеры действительно могут изготовить., сварка, проверять, и доверяйте сервису.
Вот почему он находится в центре семейства технически чистого титана и продолжает служить в химической промышленности., морской пехотинец, медицинский, и перерабатывающей промышленности с исключительной стабильностью.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между классом титана 2 и класс 2H?
Титановый класс 2 и марка 2Н идентичны по химическому составу (США 50400 рэндов) но отличаются механическими требованиями:
Класс 2H определяет более высокий минимальный предел прочности на разрыв. (400 МПА, или 58 KSI) по сравнению с классом 2 (345 МПА).
Марка 2H в основном используется для сосудов под давлением, где требуется более высокая прочность. .
Является ли титановый класс 2 подходит для медицинских имплантатов?
Да, Титановый класс 2 (АСТМ Ф67, ИСО 5832-2) широко используется для медицинских имплантатов благодаря своей превосходной биосовместимости., нетоксичность, и остеоинтеграция.
Обычно используется для зубных имплантатов., костные пластины, и искусственные суставы, с превышением срока службы 20 годы.
Может ли титановый класс 2 быть сваренным?
Да, Титановый класс 2 поддается сварке GTAW (ТИГ), Лапа, и процессы ЭБО.
Сварку необходимо производить в инертном газе. (аргон, гелий) атмосфера для предотвращения окисления расплавленного титана, что может привести к ухудшению прочности сварного шва и коррозионной стойкости..
Сварные соединения обычно достигают 90%+ прочности основного материала .
Какова максимальная температура эксплуатации для титана? 2?
Титановый класс 2 можно использовать неограниченное время при температуре ниже 300°C..
Он выдерживает кратковременное воздействие до 350°C. (с сохранением прочности >85%) но теряет значительную прочность при температуре выше 400°С., что делает его непригодным для применения при высоких температурах. .
Как оценивается титан 2 Сравните с 316 нержавеющая сталь устойчива к коррозии?
Титановый класс 2 превосходит 316 нержавеющая сталь в большинстве агрессивных сред, особенно морская вода, окисляющие кислоты (азотная кислота), и хлорированные растворы.
В морской воде, Оценка 2 имеет скорость коррозии <0.001 мм/год, пока 316 нержавеющая сталь может подвергнуться коррозии (ячечка, Коррозия расщелины) в морской среде .
Является ли титановый класс 2 магнитный?
Нет, Титановый класс 2 не магнитный, что делает его пригодным для применений, где магнитные помехи являются проблемой, такие как медицинские устройства, электронное оборудование, и аэрокосмические компоненты .
Может ли титановый класс 2 использоваться в водородных приложениях?
Да, Титановый класс 2 подходит для производства водорода, хранилище, и транспорт,
поскольку он противостоит водородному охрупчиванию при правильной обработке. (строгий контроль водорода во время плавки) и совместим с газообразным и жидким водородом при криогенных температурах. .
