1. Съществени разлики между Ti клас 5 и търговски чист титан (напр. Ti клас 1/Ti клас 2)
Химичен състав
Търговски чистият титан (Ti степен 1/2) се състои от над 99% титан, със следи от примеси като кислород, желязо, въглерод, азот и водород (съдържанието на тези примеси варира леко в различните степени: степен 1 има най-ниското съдържание на примеси, докато степен 2 има незначително по-високи нива на кислород и желязо). За разлика от тях, Ti Grade 5 е aалфа-бета титанова сплавкойто съдържа 6% алуминий (Al) и 4% ванадий (V) като ключови легиращи елементи, като титанът представлява останалите ~90% от състава, плюс контролирани следи от примеси.
Микроструктура
CP Ti (клас 1/2) има една-фазаалфа ( ) микроструктурапри стайна температура и под неговата бета-трансус температура (около 882 градуса за степен 2). Тази шестоъгълна плътно опакована (HCP) структура му придава стабилна, но ограничена механична якост. Ti клас 5, благодарение на добавките си Al и V, образува двойна -фаза + микроструктура: Al действа като алфа стабилизатор (увеличавайки якостта и устойчивостта на пълзене), докато V служи като бета стабилизатор (подобрявайки пластичността и възможността за термична обработка). Чрез топлинна обработка (напр. отгряване на разтвора и стареене), неговата микроструктура може да бъде пригодена за допълнително оптимизиране на производителността.
Механични свойства
Сила: CP Ti (степен 1) има якост на опън от само 240–310 MPa, а степен 2 достига 345–415 MPa, което е относително ниско. Ti клас 5 има якост на опън от 860–900 MPa в отгрято състояние и това може да се повиши до над 1100 MPa след обработка на стареене, което е повече от два пъти повече от клас 2 CP Ti.
Пластичност и формоспособност: CP Ti (степен 1/2) има отлична пластичност (удължение до 20–25%) и възможност за студено формоване, което го прави лесен за обработка в сложни форми (напр. тънко-стенни тръби, листове). Ti клас 5 има по-ниско удължение (10–15%) и е по-трудно да се формира, изисквайки гореща обработка или специализирани техники за обработка за сложни компоненти.
Устойчивост на умора и корозия: CP Ti има изключителна устойчивост на корозия (особено в хлоридна, киселинна и морска среда) поради плътния си пасивен оксиден филм, но неговата якост на умора е умерена (около 140 MPa за степен 2). Ti клас 5 поддържа добра устойчивост на корозия (близка до CP Ti в повечето среди), като същевременно има значително по-висока якост на умора (300–350 MPa), което го прави подходящ за приложения с високо-циклично натоварване (напр. авиационни компоненти).
Сценарии за приложение
CP Ti (клас 1/2) се използва предимно вкорозионно-устойчиви сценарии с-ниско натоварване, като тръбопроводи за химически процеси, морски топлообменници, биомедицински импланти (напр. степен 2 за хирургически инструменти) и архитектурни облицовки. Ti Grade 5 е добра сплав заприложения с висока-сила, висока-надеждност, включително аерокосмически структурни части (колесник за самолети, компоненти на двигатели), части за автомобилни състезания, медицински импланти (напр. протези на тазобедрена става и коляно, които изискват както здравина, така и биосъвместимост) и инструменти за сондиране на нефт и газ в морето.
2. Причини за значителната ценова разлика между Ti клас 5 и търговски чист титан
Разходи за суровини и легиращи елементи
CP Ti се произвежда директно от титанова гъба (основната суровина за титанови продукти) само с контрол на примесите. За разлика от тях Ti Grade 5 изисква добавяне на алуминий с висока-чистота и ванадий по време на топенето. Ванадият е рядък и скъп преходен метал (цената му е няколко пъти по-висока от тази на титановата гъба), а алуминият също трябва да отговаря на строги стандарти за чистота за аерокосмически-сплави. Процесът на легиране увеличава преките разходи за суровини с 30–50% в сравнение с CP Ti.
Комплексни изисквания за топене и обработка
Титанът е реактивен метал, който лесно реагира с кислород, азот и водород при високи температури, така че трябва да се стопи чрезвакуумно дъгово претопяване (VAR)процес (обикновено двоен или троен VAR за високо{0}}качествени сплави). За Ti Grade 5 легиращите елементи трябва да бъдат равномерно разпределени в титановата матрица, което изисква прецизен контрол на температурата на топене, времето на задържане и скоростите на охлаждане-това увеличава разходите за енергия и процеса. За разлика от това, топенето на CP Ti има по-опростен контрол на компонентите и по-ниски изисквания за прецизност на процеса.
При обработката надолу по веригата високата якост и ниската пластичност на Ti Grade 5 означават, че изисква повече енергия-интензивна гореща обработка (напр. коване при 900–1000 градуса) и последваща-обработка (напр. топлинна обработка, прецизна обработка). Неговата по-висока твърдост също така ускорява износването на инструмента по време на обработка, увеличавайки разходите за смяна на инструмента и времето за обработка. CP Ti може да се-формова студено при стайна температура с по-ниска консумация на енергия за обработка и разходи за инструменти.
Верига за доставки и пазарно търсене
CP Ti има зряла и-мащабна верига за доставки със стабилни производствени обеми (отчитащи ~40% от глобалното производство на титан) и широки приложения надолу по веригата (химически, медицински, строителни), което води до икономии от мащаба и понижава единичните разходи. Ti Grade 5 доминира на пазара на титанови сплави (представляващ над 50% от търсенето на титанови сплави), но търсенето им е съсредоточено в-сектори от висок клас (аерокосмически, биомедицински) със строги изисквания за сертифициране на качеството (напр. аерокосмическият-клас Ti Grade 5 трябва да отговаря на стандартите AMS 4928). Процесът на сертифициране (напр. проследимост на материала, тестване на ефективността) добавя допълнителни разходи, а предлагането често е ограничено от специализиран производствен капацитет, което допълнително повишава цените.
Разходи за техническа научноизследователска и развойна дейност и контрол на качеството
Ti Grade 5 се използва широко в критични-за безопасността приложения (напр. лопатки на авиационни двигатели, медицински импланти), така че производителите трябва да инвестират сериозно в научноизследователска и развойна дейност, за да оптимизират процесите на топлинна обработка и да осигурят консистенция-на{-партида. Проверката на качеството за Ti клас 5 включва не-разрушително изпитване (ултразвуково, рентгеново{-лъчи), изпитване на механични свойства (опън, умора, пълзене) и проверка на химичния състав, като разходите за проверка представляват 15–20% от общите производствени разходи. CP Ti има по-ниски прагове за проверка на качеството (фокусирани главно върху устойчивостта на корозия и основните механични свойства), така че свързаните с него разходи са много по-ниски.
