1. Увођење
Титанијум 2 је најраспрострањенији комерцијално чист титанијум у општој инжињерској служби.
То је нелегирани титанијум, идентификован у заједничким спецификацијама као УНС Р50400, и појављује се у АСТМ и стандардима везаним за имплантате као што је АСТМ Б265, АСТМ Б348, АСТМ Б338, АСТМ Б861/Б862/Б863, и АСТМ Ф67, као и ИСО 5832-2 за хируршке имплантате.
У пракси, то је "уравнотежени" титанијум: није најмекша, не најјачи, али често најпрактичнија комбинација отпорности на корозију, снага, завабилност, и формалност.
2. Шта је титанијум 2?
Титанијум Разреда 2 је комерцијално чист титанијум, што значи да његова својства потичу првенствено од строго контролисаних нивоа нечистоћа, а не од намерних додатака легуре.
На радној температури, ЦП титанијум је једнофазни алфа титанијумски материјал са хцп кристалном структуром; његовим понашањем управља хемија, посебно кисеоника, гвожђе, и други међупросторни огласи, плус величина зрна.
Карактеристике
Титанијум 2 познат је по четири практичне карактеристике:
- Одлична отпорност на корозију у морској води, славенице, оксидационе киселине, и многе средине које садрже хлорид.
- Добра дуктилност и облика способност, са лакшом производњом од титанијума веће чврстоће.
- Поуздана заварљивост када се користи одговарајућа инертна заштита.
- Снажан однос снаге и тежине, са малом густином и корисном чврстоћом на собној температури.
3. Типичан хемијски састав титанијума 2
| Елемент | Максимално ограничење |
| Фе | 0.30% |
| Ц | 0.08% |
| О | 0.25% |
| Н | 0.03% |
| Хмерово | 0.015% |
| Од | Равнотежа |
Ове границе нису произвољне. У комерцијално чистом титанијуму, кисеоник и други интерстицијали подижу снагу, али постепено смањују дуктилност и лакоћу формирања.
Зато Граде 2 заузима средину између максималне формабилности разреда 1 и максималне ЦП снаге разреда 4.
АСТМ Ф67 јасно одражава овај степеновани дизајн: дозвољени садржај кисеоника и гвожђа расте од Граде 1 кроз Граде 4, док минимална граница течења расте у истом правцу.
4. Металургија и микроструктура
На радној температури, Разреда 2 је у суштини 100% алфа титанијум.
Карпентер напомиње да се чисти титанијум трансформише из алфа (шестерокутни изблиза) то бета (кубични у центру тела) на 882,5°Ц, док при нормалним радним температурама ЦП титанијум остаје алфа фаза.
Јер Граде 2 је једнофазна, његова својства су углавном контролисана садржајем нечистоћа и величином зрна, а не фазним фракцијама или таложним очвршћавањем.
Та металуршка једноставност је један од разлога Граде 2 је тако поуздан.
Не постоји намерно јачање кроз сложену хемију легуре, тако да су перформансе релативно предвидљиве међу добављачима и облицима производа када се користе иста спецификација и рута обраде.
Компромис је тај степен 2 не може се приближити високој чврстоћи алфа-бета легура титанијума као што је Граде 5.
5. Физичке и механичке перформансе од титанијума 2
Титанијум 2 комбинује ниску густину, умерена крутост, корисна чврстоћа на собној температури, и висока отпорност на корозију.
У практичном инжењерском смислу, није легура титанијума високе чврстоће; него, то је уравнотежен комерцијално чист титанијум чије перформансе дефинишу одличне специфичне особине и поуздано понашање у производњи.
Физичка својства
| Имовина | Типичан / Репрезентативна вредност | Инжењерски значај |
| Густина | 4.51 Г / цм³ (0.163 лб / ун) | Мала тежина у поређењу са челиком; велика предност у опреми осетљивој на масу. |
| Тачка топљења | 1668° Ц (3034° Ф) | виши од челика (1450° Ц) и алуминијум (660° Ц), обезбеђујући стабилност у апликацијама на високим температурама до 300°Ц . |
| Модул еластичности | 105–120 ГПа | Указује на умерену крутост; нижи од челика, па се у дизајну мора узети у обзир отклон. |
Топлотна проводљивост |
21.79 В / м · к | Релативно низак; расипање топлоте је ограничено, утичући на заваривање и машинску обраду. |
| Електрична отпорност | 0.53 ω · м | Одражава ограничену електричну проводљивост у односу на бакар или алуминијум. |
| Магнетно понашање | Немагнетно | Погодно за апликације где је магнетна неутралност важна. |
| Бета трансус | ~915°Ц | Означава температурни регион где фазна трансформација постаје релевантна у термичкој обради. |
Механичка својства
| Имовина | Минимум / Репрезентативна вредност | Инжењерски значај |
| Крајња затезна чврстоћа | 345 МПА | Адекватан за структуралне компоненте са умереним оптерећењем и компоненте које су отпорне на корозију. |
| Снага приноса | 275 МПА | Дефинише ниво напрезања пре него што почне трајна деформација. |
| Издужење | 20% | Показује добру дуктилност и употребљиву способност обликовања. |
| Смањење површине | 30% | Означава разумну жилавост и капацитет деформације након врата. |
| Тврдоћа | 160- 200 ХВ | Одражава умерену отпорност на удубљење и хабање. |
6. Отпорност на корозију и биокомпатибилност
Титанијум 2 је најцењенији због свог понашања у корозији. У ваздуху или влази, формира јаку, стабилан, заштитни оксидни филм који се брзо регенерише када је оштећен.
Тај пасивни филм је основни разлог за оцену 2 делује тако добро у многим хемијским и морским окружењима.
Обично се користи у морској води, славенице, неорганске соли, влажни хлор, алкални раствори, оксидационе киселине, органске киселине, и средине које садрже сумпор.
Снаге животне средине
- Услуга морске воде и мора.
- Слани раствори и неорганске соли.
- Оксидирајуће киселине и многе органске киселине.
- Сервис влажног хлора у одговарајућим условима.
Где је потребан опрез
Разреда 2 није универзални оклоп од корозије. Технички листови произвођача упозоравају на јаке редукционе киселине, безводни хлор, јака каустична раствора, флуориди, и сервис чистог кисеоника.
Аллеима такође напомиње да се нелегирани титанијум не сме користити са јаким редукционим киселинама, раствори флуорида, чисти кисеоник, или безводни хлор, док такође показује добру отпорност на корозију у пукотинама у растворима соли испод 80°Ц.
Биокомпатибилност
Титанијум 2 је такође важно у медицини јер је нелегирани титанум препознат у стандардима имплантата.
ИСО 5832-2 специфицира нелегирани титанијум за хируршке импланте, и АСТМ Ф67 наводи да су ови материјали успешно коришћени у примени људских имплантата у контакту са меким ткивом и костима, са прихватљивим биолошким одговором који се очекује у одговарајућим применама.
Зато Граде 2 појављује се у медицинским, стоматолошки, и биотехнолошки контекст.
7. Фабрицатион Бехавиор: Формирање, Заваривање, и обрада
Титанијум 2 се нашироко сматра једним од најпроизводнијих комерцијално чистог титанијума, али и даље захтева процесну дисциплину.
Његова отпорност на корозију и дуктилност чине га практичним за формирање и спајање, док је његова ниска топлотна проводљивост, склоност ка жучи, и осетљивост на контаминацију захтевају пажљиву праксу у радњи.
Формирање
Разреда 2 могу се формирати конвенционалним методама хладне обраде, укључујући савијање, котрљање, жигосање, и цртање.
У поређењу са јачим типовима титанијума, нуди бољу равнотежу дуктилности и контроле опруге, што га чини погодним за лим, плоча, и израда цеви.
То је рекло, титанијум није тако праштајући као меки челик. Његов релативно низак модул еластичности значи да повратак може бити значајан, па се додаци за савијање морају пажљиво израчунати.
Алати треба да буду глатки и чисти како би се избегло оштећење површине, а операције формирања треба планирати тако да се минимизира локална концентрација деформација.
За уже полупречнике или сложеније облике, топло обликовање може бити пожељније јер смањује силу формирања и смањује ризик од пуцања.
Заваривање
Разреда 2 има одличну заварљивост, што је један од главних разлога што се користи у хемијској преради, поморска опрема, и биомедицински хардвер.
Уобичајене методе заваривања укључују:
- Гас волфрам лук заваривање (Гтав / Камен)
- Плазма лучно заваривање
- Заваривање електронским снопом
- Ласерско заваривање
- Отпорно заваривање у одабраним применама
Критични захтев за заваривање титанијума је заштита. Врући титанијум брзо реагује са кисеоником, азот, и водоник, и свако излагање може да направи кртост завареног споја или промени боју зоне захваћене топлотом.
Из тог разлога, Квалитет шава зависи од темељне заштите инертним гасом не само на луку, али и на полеђини и задњим деловима вара.
Правилно заварена класа 2 спој може задржати одличну отпорност на корозију и механички интегритет.
Лоша заштита, супротно, може изазвати формирање алфа-случајева, Смањена дуктилност, и прераног отказивања услуге.
У пракси, чистоћа завара није обавезна; део је спецификације материјала у функционалном смислу.
Обрада
Обрада Разреда 2 је изводљиво, али је захтевнији од машинске обраде уобичајених челика или легура алуминијума. Главне потешкоће су:
- Ниска топлотна проводљивост, који концентрише топлоту на ивици сечења
- Хабање алата, посебно ако су услови резања превише агресивни
- Формирање нагомиланих ивица
- Радно очвршћавање или оштећење површине ако су помаци и брзине лоше одабрани
Добра машинска пракса за Граде 2 углавном укључује ниске брзине резања, релативно велике брзине хране, Схарп Царбиде Алати, круто причвршћивање, и обилна течност за сечење.
Циљ је брзо уклонити топлоту и спречити да алат трља, а не сече. Прекинуто сечење и тупи алат треба избегавати кад год је то могуће.
Завршна обрада површине је посебно важна када ће компонента бити изложена корозивној употреби или биомедицинској употреби.
Оштећена површина може постати почетно место за локализовани напад, тако да обрада треба да сачува пасивни филм материјала и да избегне уграђену контаминацију од алата или струготина.
8. Предности & Ограничења квалитета титанијума 2
Титанијум 2 се често описује као комерцијално чистог титанијума „опште намене“.. Тај опис је тачан, али непотпуна.
Његова вредност није у екстремним перформансама, али у пажљиво избалансираној комбинацији својстава која га чине поузданим у многим инжењерским окружењима.
Предности
Одлична отпорност на корозију
Разреда 2 ради изузетно добро у многим корозивним окружењима, посебно морске воде, хлориди, славенице, и низ оксидационих медија.
Његов природни оксидни филм пружа снажну пасивну заштиту, што је један од главних разлога што се толико користи у хемијској преради и морским системима.
Добар однос снаге и тежине
Иако то није легура високе чврстоће, Разреда 2 нуди респектабилну механичку чврстоћу при веома малој густини.
То га чини атрактивним у апликацијама где је смањење тежине важно без жртвовања превише структуралног интегритета.
Добра формалност
У поређењу са јачим типовима титанијума, Разреда 2 лакше је савити, облик, и хладни рад. То даје дизајнерима и произвођачима већу флексибилност током производње.
Одлична заваривост
Разреда 2 могу се поуздано заварити када се поштују одговарајуће процедуре заштите.
Ово је велика практична предност опреме под притиском, цевовод, Измењивачи топлоте, и склопове израђене по мери.
Биокомпатибилност
Разреда 2 је погодан за медицинску и стоматолошку употребу јер га људско тело генерално добро подноси и појављује се у признатим стандардима имплантата.
Немагнетно и хемијски стабилно
Његово немагнетно понашање и стабилна оксидна површина чине га корисним у специјализованој опреми где се магнетне сметње или контаминација морају свести на минимум.
Ограничења
Мања чврстоћа од легираног титанијума
Разреда 2 је много слабији од легура титанијума као што је Граде 5. Када је потребна веома велика носивост или чврстоћа на високим температурама, можда није прави избор.
Није идеално за сва хемијска окружења
Отпоран је на многе корозивне медије, али не на све. Јаке редукционе киселине, раствори који садрже флуор, безводни хлор, а неки каустични услови могу изазвати озбиљне проблеме.
Захтевнија обрада
Разреда 2 није лако обрађивати на исти начин као обични челик или алуминијум. Захтева исправан алат, Брзина сечења, хлађење, и крутост машине.
Цена је већа од обичних метала
Иако је комерцијално чиста класа, и даље је скупљи од угљеничног челика, нерђајући челик, и многе легуре алуминијума. Стога се његова употреба мора оправдати потребама перформанси.
Мања крутост од челика
Као и све врсте титанијума, Разреда 2 има мањи модул еластичности од челика. Конструкционим пројектима могу бити потребни дебљи делови или геометријска арматура за контролу угиба.
9. Типичне примене титанијума 2
Разреда 2 користи се свуда где су отпорност на корозију и производност важнији од максималне чврстоће.
Уобичајене примене укључују хемијско и поморско инжењерство, плочасти измењивачи топлоте, Реакциона посуда, испаривачи, кондензатори, галванизација, опрема за десалинизацију, грејачи морске воде,
морске компоненте, Аероспаце хардвер, медицинска и фармацеутска опрема, и неке компоненте за производњу електричне енергије и услуге нафте и гаса.
Типичне области примене
- Опрема за хемијску обраду.
- Маринац и системи за десалинизацију.
- Измењивачи топлоте, кондензатори, и испаривачи.
- Медицински, фармацеутски, и биотехнолошке опреме.
10. Поређење са другим врстама титанијума: Разреда 1, 4, и легирани разред 5
| Аспект | Разреда 1 | Разреда 2 | Разреда 4 | Разреда 5 |
| Металуршки тип | Комерцијално чисти титанијум (ЦП ТИ), најнижи ниво нечистоћа у породици ЦП. | Комерцијално чисти титанијум (ЦП ТИ), уравнотежена ЦП оцена. | Комерцијално чисти титанијум (ЦП ТИ), најјачи од уобичајених ЦП оцена. | Алфа-бета легура титанијума, ТИ-6АЛ-4В; није комерцијално чист титанијум. |
| Релативна снага | Најмања снага међу главним ЦП разредима. | Умерена снага; минимална граница попуштања 275 МПА (40 кси). | Највећа ЦП снага; минимална граница попуштања 480 МПА (70 кси). | Много већа снага од ЦП разреда; жарени Ти-6Ал-4В показује границу течења при притиску 825–895 МПа и термички се обрађује. |
Дуктилност / Обликавост |
Најбоља дуктилност и најлакше хладно обликовање у ЦП породици. | Одлична способност обликовања са добрим балансом чврстоће/дуктилности. | Добра дуктилност и умерена способност обликовања, али мање опрашта од разреда 1–2. | Обрадивост на хладном је ограничена; топло обликовање се обично користи јер је повратна температура на собној температури значајно. |
| Отпорност на корозију | Веома висока отпорност на корозију, посебно у оксидирајућим и морским срединама. | Врхунски отпорност на корозију; одличан у морској води, славенице, хлориди, оксидационе киселине, и многи процесни медији. | Одлична отпорност на корозију и замор од корозије; јак у оксидацији, неутралан, и благо редукујући хлориде. | Одлична општа отпорност на корозију, посебно у морској води и многим морским/одобалним срединама; хемијски свестранији од ЦП разреда у неким смањеним окружењима, али и даље зависи од средине. |
Завабилност / измишљотина |
Веома добра заварљивост и најлакша укупна производња међу ЦП класама. | Одлична заварљивост и широко се користи тамо где је потребно формирање и заваривање. | Добра завариваност, али виши ниво кисеоника повећава осетљивост на кртост водоником и дисциплину производње. | Заварљив, али заштитна дисциплина је критична; Машинска обрада је релативно тешка и изазива забринутост. |
| Типична улога у селекцији | Одабран када су максимална дуктилност и отпорност на корозију важнији од снаге. | Избор ЦП титанијума опште намене: тачка равнотеже између снаге, Обликавост, и отпорност на корозију. | Користи се када је потребна највећа ЦП чврстоћа и дизајн може толерисати смањену дуктилност у односу на степене 1-2. | Изабран када је потребна веома висока чврстоћа и дизајнер прихвата систем легираног титанијума уместо ЦП титанијума. |
11. Закључак
Титанијум 2 је класичан комерцијално чист титанијум за озбиљну инжењерску употребу.
Комбинује једноставну алфа-титанијумску микроструктуру, пажљиво ограничена хемија нечистоћа, јака отпорност на корозију, угледна снага, добра завариваност, и практичну формабилност.
То није најјачи титанијум, и није универзално отпоран на корозију, али то је један од најинтелигентније избалансираних материјала доступних када проблем дизајна захтева издржљивост у агресивним окружењима.
Разлог зашто је и даље тако широко коришћен није мистика; прикладан је. Разреда 2 нуди ретку комбинацију атрибута које инжењери заиста могу произвести, завалити, прегледати, и поверење у службу.
Због тога се налази у центру породице комерцијално чистог титанијума и наставља да служи хемикалијама, маринац, медицински, и процесне индустрије са изузетном доследношћу.
Често постављана питања
Која је разлика између титанијумске класе 2 и разред 2Х?
Титанијум 2 и Граде 2Х су идентични по хемијском саставу (УС Р50400) али се разликују по механичким захтевима:
Степен 2Х одређује већу минималну затезну чврстоћу (400 МПА, или 58 кси) у поређењу са Градом 2 (345 МПА).
Разред 2Х се првенствено користи за примену у посудама под притиском где је потребна већа чврстоћа .
Је од титанијума 2 погодан за медицинске импланте?
Да, Титанијум 2 (АСТМ Ф67, ИСО 5832-2) се широко користи за медицинске имплантате због своје одличне биокомпатибилности, нетоксичност, и осеоинтеграција.
Обично се користи за зубне имплантате, коштане плоче, и вештачки зглобови, са сервисним животом прекорачењем 20 године.
Цан Титаниум Граде 2 бити заварени?
Да, Титанијум 2 може се заварити коришћењем ГТАВ (Камен), Шапа, и ЕБВ процеси.
Заваривање мора бити изведено у инертном гасу (аргон, хелијум) атмосфере да спречи оксидацију растопљеног титанијума, што би деградирало чврстоћу завара и отпорност на корозију.
Заварени спојеви се обично постижу 90%+ јачине основног материјала .
Која је максимална радна температура за Титанијум 2?
Титанијум 2 може се користити неограничено на температурама испод 300°Ц.
Може да издржи краткотрајно излагање до 350°Ц (са задржавањем снаге >85%) али губи значајну чврстоћу на температурама изнад 400°Ц, што га чини неприкладним за примену на високим температурама .
Како се оцењује титанијум 2 упоредити са 316 нерђајући челик отпоран на корозију?
Титанијум 2 надмашити 316 нерђајући челик у већини корозивних окружења, посебно морске воде, оксидационе киселине (азотна киселина), и хлорисани раствори.
У морској води, Разреда 2 има стопу корозије <0.001 мм / год, док 316 нерђајући челик може кородирати (прикудан, Цревице Цорросион) у окружењима са сланом водом .
Је од титанијума 2 магнетни?
Не, Титанијум 2 је не-магнетни, што га чини погодним за апликације где су магнетне сметње забринуте, као што су медицински уређаји, електронска опрема, и ваздухопловне компоненте .
Цан Титаниум Граде 2 користити у апликацијама водоника?
Да, Титанијум 2 погодан је за производњу водоника, складиштење, и транспорт,
пошто је отпоран на водоничну кртост када се правилно обрађује (строга контрола водоника током топљења) и компатибилан је са гасовитим водоником и течним водоником на криогеним температурама .
