Титан от 5 степен (TI-6AL-4V) е значително по-скъп от много други метали, включително някои стомани и дори титан от по-нисък клас, поради комбинация от фактори, свързани с неговия състав, производствени процеси и изисквания за изпълнение:
Състав на сплав: За разлика от търговския чист титан (напр. Степен 2), степен 5 е сплав, съдържащ ~ 6% алуминий и ~ 4% ванадий--от които са скъпи елементи. Алуминият добавя якост и стабилност, докато ванадий стабилизира микрофазната микроструктура, като позволява топлинната обработка за подобряване на свойствата. Изкупването и усъвършенстването на тези легиращи елементи с голяма чист увеличават разходите за суровини.
Сложни производствени процеси: По принцип титанът е предизвикателство за извличане и обработка, а 5 клас усилва тези трудности:
Извличане: Титанът не се намира в чиста форма в природата; Той трябва да бъде извлечен от руди като рутил или илменит чрез енергийно-интензивния процес на Kroll, който включва множество етапи (хлориране, намаляване с магнезий) и изисква високи температури. Този процес е бавен и тежък ресурс.
Легиране и обработка: Смесването на титан с алуминий и ванадий за постигане на прецизни химически съотношения изисква строг контрол на качеството, за да се избегнат примеси, което може да влоши механичните свойства.
Топлинна обработка: 5 клас често претърпява топлинна обработка (напр. Отгряване на разтвори и стареене), за да се увеличи максимално силата, добавяйки допълнителни стъпки за обработка и разходи за енергия.
Лоша обхват: 5 клас е изключително труден и труден, което затруднява обработката, тренировката или формата. Той има ниска термична проводимост, което води до натрупване на топлина в режещи инструменти, което води до бързо износване. Изискват се специализирани инструменти, охлаждащи и по -бавни обработващи скорости, увеличавайки разходите за труд и време.
Ограничена верига за доставки: В сравнение със стоманата или алуминия, веригата за доставка на титан е по -малка, с по -малко производители и рафинерии. Този ограничен капацитет, комбиниран с голямо търсене от аерокосмическата, медицинската и високоефективната индустрия, увеличава цените.
Премия за изпълнение: Клас 5 предлага уникална комбинация от високо съотношение на здравина и тегло, устойчивост на корозия и биосъвместимост, критични за аерокосмическото пространство (напр. Компоненти на самолети), медицински импланти и инженерство от висок клас. Специализираните му приложения оправдават първокласна цена.
Отговорът зависи от вида на сравняването на стоманата, тъй като "стоманата" обхваща огромен диапазон от сплави с различни свойства. Ето подробна разбивка:
Съотношение сила / тегло: Титан от 5 клас е далеч по -добър. Той има якост на опън от ~ 895–965 MPa в отгрятото си състояние (и до ~ 1100 MPa, когато се обработва с топлина), докато тежи само ~ 4,43 g/cm³. За разлика от тях, дори стоманите с висока якост (напр. A36 стомана има ~ 400 MPa якост на опън; алуминиевите стомани с висока якост като 4340 могат да достигнат ~ 1600 MPa) са много по-плътни (~ 7,8 g/cm³). Това означава, че титан от степен 5 осигурява сравнима или по-висока якост при приблизително 55% теглото на стоманата, което го прави идеален за критични за теглото приложения като аерокосмическото пространство.
Абсолютна якост на опън: Някои високоефективни стомани (напр. Марежални стомани, стомани от инструменти) могат да надвишат титан от 5 клас в сурова якост. Например, Maraging Steel 300 има якост на опън от ~ 2000 MPa, значително по -висока от максимум от 5 -та степен от ~ 1100 MPa. Тези стомани обаче са много по -тежки и често липсват устойчивост на корозия на титан.
Якост на добив: Титан от степен 5 има якост на добив ~ 825–895 MPa (отгрята) или ~ 1000 MPa (третирана с топлина), което надминава много общи стомани (напр. Мека стомана има якост на добив ~ 250 MPa). Само специализирани стомани с висока якост (напр. 4340 легирана стомана, ~ 1500 MPa якост на добив) го превъзхождат тук.
Сила на умора: Титаниев клас 5 показва отлична устойчивост на умора, от решаващо значение за компонентите при многократно напрежение (напр. Части от самолети). Докато някои стомани съответстват на това, те често изискват покрития, за да се противопоставят на корозията, като добавят тегло и цена.
В обобщение: Титанът от 5 клас не е универсално „по-силен от стоманата“, но съотношението си към тегло и устойчивост на корозия го прави по-ефективен в приложения, където теглото и издръжливостта са от решаващо значение. За чиста сила при тежкотоварни, нечувствителни приложения, някои стомани остават по-добри.
Титанът от 5 клас е по-устойчив на надраскване от много метали (напр. Алуминий, мед), но не е толкова устойчив на надраскване, колкото по-твърди материали като втвърдена стомана, керамика или волфрамов карбид. Ето защо:
Твърдост: Титан от 5 клас има твърдост от ~ 30–35 HRC (Rockwell C) в своето отгряло състояние, увеличавайки се до ~ 38–40 HRC, когато се обработва с топлина. Това е значително по-трудно от търговския чист титан (напр. Степен 2, ~ 15–20 HRC), но по-мек от втвърдена високовъглеродна стомана (напр. ~ 50–60 HRC) или керамика (напр. Алуминиев оксид, ~ 1000–1,500 HV по скалата на Викерс).
Механизми за надраскване: Драскотини се появяват, когато по -твърд материал проникне в по -мек. Титан от степен 5 може да устои на драскотини от материали с по -ниска твърдост (напр. Дърво, пластмаса, меки метали), но ще се надраска, когато е в контакт с по -твърди вещества:
Ключовете, монетите или пясъкът (който съдържа кварц, ~ 7 hv-harder, отколкото ~ 300–350 HV на Titanium) могат да оставят видими марки.
Инструментите или компонентите, изработени от втвърдена стомана, карбид или диамант, лесно ще я надраскат.
Оксиден слой: Както всички титанови сплави, на повърхността му образува тънък, защитен оксиден слой (TiO₂), който е по -труден от основния метал (~ 600–800 HV). Този слой осигурява допълнително устойчивост на надраскване и може да се самолекува, ако се повреди (изложеният титан реагира с кислород, за да преобразува оксида). Въпреки това, дълбоките драскотини, които проникват в този слой, ще разкрият по -мекия основен метал, който е по -податлив на по -нататъшни повреди.
Практически резултати: При ежедневна употреба (напр. Бижута, калъфи за гледане, потребителски стоки), титанът от 5 клас ще покаже по-малко драскотини от по-меките метали, но не е „устойчив на надраскване“. С течение на времето може да развие патина от фини драскотини, които някои потребители смятат за естетически приятни, но дълбоките драскотини от груба работа или контакт с твърди предмети са неизбежни.
Накратко: Титанът от 5 клас предлага умерена устойчивост на надраскване за общи приложения, но не е непроницаем за драскотини, особено от по -твърди материали.
