1. Būtiskās atšķirības starp 5. klases Ti un komerciāli tīru titānu (piemēram, 1. klases Ti/2. klases Ti)
Ķīmiskais sastāvs
Komerciāli tīrs titāns (Ti 1./2. pakāpe) sastāv no vairāk nekā 99% titāna ar nelielu daudzumu piemaisījumu, piemēram, skābeklis, dzelzs, ogleklis, slāpeklis un ūdeņradis (šo piemaisījumu saturs dažādās kategorijās nedaudz atšķiras: 1. pakāpē ir viszemākais piemaisījumu saturs, savukārt 2. pakāpē ir nedaudz augstāks skābekļa un dzelzs līmenis). Turpretim Ti 5. pakāpe ir aalfa-beta titāna sakausējumskas satur 6% alumīnija (Al) un 4% vanādija (V) kā galvenos sakausējuma elementus, un titāns veido atlikušos ~ 90% no sastāva, kā arī kontrolēti piemaisījumi.
Mikrostruktūra
CP Ti (1./2. pakāpe) ir viena-fāzealfa ( ) mikrostruktūraistabas temperatūrā un zem tās beta{0}}transus temperatūras (aptuveni 882 grādi 2. pakāpei). Šī sešstūraina cieši-iepakota (HCP) struktūra nodrošina tai stabilu, bet ierobežotu mehānisko izturību. Ti 5. klase, pateicoties Al un V piedevām, veido divfāzu + mikrostruktūru: Al darbojas kā alfa stabilizators (palielina izturību un šļūdes pretestību), savukārt V kalpo kā beta stabilizators (uzlabo elastību un termiski apstrādājamību). Izmantojot termisko apstrādi (piemēram, šķīduma atkvēlināšanu un novecošanu), tā mikrostruktūru var pielāgot, lai vēl vairāk optimizētu veiktspēju.
Mehāniskās īpašības
Spēks: CP Ti (1. pakāpe) stiepes izturība ir tikai 240–310 MPa, un 2. pakāpe sasniedz 345–415 MPa, kas ir salīdzinoši zema. Ti 5. pakāpes stiepes izturība atkvēlinātā stāvoklī ir 860–900 MPa, un pēc novecošanas apstrādes tā var pieaugt līdz vairāk nekā 1100 MPa, kas ir vairāk nekā divas reizes lielāka nekā 2. klases CP Ti.
Lokanība un formējamība: CP Ti (1./2. pakāpe) ir lieliska elastība (izstiepums līdz 20–25%) un aukstā formējamība, kas ļauj to viegli apstrādāt sarežģītās formās (piem., plānās -sienu caurulēs, loksnēs). Ti Grade 5 ir mazāks pagarinājums (10–15%), un tas ir grūtāk veidojams, tāpēc sarežģītas sastāvdaļas ir nepieciešama karstā apstrāde vai specializētas apstrādes metodes.
Noguruma un korozijas izturība: CP Ti ir izcila izturība pret koroziju (īpaši hlorīdu, skābā un jūras vidē), pateicoties tā blīvajai pasīvā oksīda plēvei, bet tā noguruma izturība ir mērena (apmēram 140 MPa 2. pakāpei). Ti 5. klase saglabā labu izturību pret koroziju (tuvu CP Ti vairumā vidi), vienlaikus tai ir ievērojami augstāka noguruma izturība (300–350 MPa), padarot to piemērotu lielas -cikla slodzes lietojumiem (piemēram, kosmosa komponentiem).
Lietojumprogrammu scenāriji
CP Ti (1./2. pakāpe) galvenokārt tiek izmantotspret koroziju-izturīgi zemas-slodzes scenāriji, piemēram, ķīmisko procesu cauruļvadi, jūras siltummaiņi, biomedicīnas implanti (piemēram, 2. pakāpe ķirurģiskajiem instrumentiem) un arhitektūras apšuvums. Ti Grade 5 ir darba zirgu sakausējums priekšaugstas{0}}izturības, augstas{1}}uzticamības lietojumprogrammas, tostarp aviācijas un kosmosa konstrukcijas daļas (lidmašīnu šasijas, dzinēju sastāvdaļas), automobiļu sacīkšu daļas, medicīniskos implantus (piemēram, gūžas un ceļa protēzes, kurām nepieciešama gan izturība, gan bioloģiskā savietojamība), kā arī instrumenti naftas un gāzes urbšanai jūrā.
2. Iemesli ievērojamai cenu atšķirībai starp Ti 5. klasi un komerciāli tīru titānu
Izejvielu un sakausējuma elementu izmaksas
CP Ti tiek ražots tieši no titāna sūkļa (titāna izstrādājumu primārās izejvielas) ar tikai piemaisījumu kontroli. Turpretim Ti 5. pakāpei kausēšanas laikā ir nepieciešams pievienot augstas -tīrības pakāpes alumīniju un vanādiju. Vanādijs ir rets un dārgs pārejas metāls (tā cena vairākas reizes pārsniedz titāna sūkļa cenu), un alumīnijam ir jāatbilst arī stingriem tīrības standartiem attiecībā uz aviācijas un kosmosa sakausējumiem. Leģēšanas process palielina tiešās izejvielu izmaksas par 30–50%, salīdzinot ar CP Ti.
Sarežģītas kausēšanas un pārstrādes prasības
Titāns ir reaktīvs metāls, kas augstā temperatūrā viegli reaģē ar skābekli, slāpekli un ūdeņradi, tāpēc tas ir jāizkausē caurvakuuma loka pārkausēšana (VAR)process (parasti dubultā vai trīskāršā VAR augstas kvalitātes{0}} sakausējumiem). 5. klases Ti sakausējuma elementiem jābūt vienmērīgi sadalītiem titāna matricā, tāpēc ir nepieciešama precīza kausēšanas temperatūras, noturēšanas laika un dzesēšanas ātruma kontrole,{3}}tas palielina enerģijas un procesa izmaksas. Turpretim CP Ti kausēšanai ir vienkāršāka komponentu vadība un zemākas procesa precizitātes prasības.
Pakārtotajā apstrādē Ti 5. klases augstā izturība un zemā lokanība nozīmē, ka tai ir nepieciešama lielāka energoietilpīga karstā apstrāde (piemēram, kalšana 900–1000 grādu temperatūrā) un pēcapstrāde (piemēram, termiskā apstrāde, precīza apstrāde). Tā augstākā cietība arī paātrina instrumenta nodilumu apstrādes laikā, palielinot instrumenta nomaiņas un apstrādes laika izmaksas. CP Ti var auksti formēt{11}}istabas temperatūrā ar zemāku apstrādes enerģijas patēriņu un instrumentu izmaksām.
Piegādes ķēde un tirgus pieprasījums
CP Ti ir nobriedusi un liela mēroga piegādes ķēde ar stabiliem ražošanas apjomiem (kas veido aptuveni 40% no pasaules titāna produkcijas) un plašiem pakārtotajiem lietojumiem (ķīmiskajā, medicīnā, celtniecībā), kas veicina apjomradītus ietaupījumus un samazina vienības izmaksas. Titāna sakausējumu tirgū dominē 5. klases Ti (kas veido vairāk nekā 50 % no titāna sakausējuma pieprasījuma), taču tā pieprasījums ir koncentrēts augstākās klases nozarēs (aviācijas un biomedicīnas nozarē) ar stingrām kvalitātes sertifikācijas prasībām (piemēram, aviācijas un kosmosa -klases Ti 5. klasei jāatbilst AMS 4928 standartiem). Sertifikācijas process (piemēram, materiālu izsekojamība, veiktspējas pārbaude) rada papildu izmaksas, un piedāvājumu bieži ierobežo specializētā ražošanas jauda, kas vēl vairāk paaugstina cenas.
Tehniskās pētniecības un attīstības un kvalitātes kontroles izmaksas
Ti 5. klase tiek plaši izmantota drošības-kritiskajos lietojumos (piem., lidmašīnu dzinēju lāpstiņas, medicīniskie implanti), tāpēc ražotājiem ir jāiegulda lieli ieguldījumi pētniecībā un attīstībā, lai optimizētu tā termiskās apstrādes procesus un nodrošinātu partiju-līdz{5}}konsekvenci. Ti 5. klases kvalitātes pārbaudē ietilpst nesagraujošā pārbaude (ultraskaņa, rentgena starojums), mehānisko īpašību pārbaude (stiepums, nogurums, šļūde) un ķīmiskā sastāva pārbaude, un pārbaudes izmaksas veido 15–20% no kopējām ražošanas izmaksām. CP Ti ir zemāki kvalitātes pārbaudes sliekšņi (galvenokārt vērsta uz izturību pret koroziju un pamata mehāniskajām īpašībām), tāpēc ar to saistītās izmaksas ir daudz zemākas.
