Клас 5 (Ti-6Al-4V) проти титану класу 2: як вибрати

Класи 2 і 5 — це два титанові матеріали, які найчастіше порівнюють під час інженерних закупівель. Клас 2 – це комерційно чистий титан, по суті, нелегований, а клас 5 – це альфа-бета-сплав Ti-6Al-4V. Різниця в назві приховує велику різницю в поведінці: Grade 5 приблизно втричі міцніший, тоді як Grade 2 набагато легше формувати, зварювати та обробляти, і коштує значно дешевше. Ні те, ні інше не є універсальним кращим; правильний вибір залежить від завантаження, середовища та маршруту виготовлення.

Склад і стандарти

Клас 2, UNS R50400, містить принаймні 99,2% титану з максимальним вмістом кисню 0,25%. Клас 5, UNS R56400, містить 5,5-6,75% алюмінію та 3,5-4,5% ванадію з максимальним вмістом кисню 0,20%. На обидва вони поширюються стандарти ASTM B265 для пластин і листів, ASTM B348 для прутків і ASTM B861/B862 для труб; Медичне використання класу 5 відповідає ASTM F136 (варіант ELI), а клас 2 відповідає стандарту ASTM F67.

Порівняння механічних властивостей

Практичні наслідки: клас 5 несе таке ж навантаження в меншому поперечному-перерізі, тому він переважає в аерокосмічних кріпленнях, високо-деталях підвіски та ортопедичних імплантатах. Ступінь 2 із подовженням 20-30% згинається, фланцює та глибоко втягується без тріщин і краще поглинає удари.

Корозія та екологічність

Обидва сорти утворюють однакову плівку діоксиду титану, що само{0}}відновлюється, тому обидва стійкі до морської води, хлоридів і окислюючих кислот. Ступінь 2 дещо толерантніша до суворих тріщин і хлоридних середовищ, оскільки не має частинок другої-фази, щоб ініціювати локалізовану атаку; це стандартний вибір для морської арматури, опріснювальної установки та хімічних трубопроводів. Ступінь 5 цілком підходить для більшості структурних корозійних умов, але в гарячих хлоридних щілинах класи, що містять паладій- або молібден-, такі як клас 7 або клас 12, перевершують обидва. Гальванічний зв’язок: титан є катодом алюмінію та сталі, тому з’єднання різнорідних-металів слід ізолювати або покривати, щоб уникнути прискореного впливу на анодний партнер.

Оброблюваність, формування та вартість

Верстати класу 2, такі як міцна аустенітна нержавіюча сталь: стандартний твердосплавний інструмент, помірні швидкості та звичайна охолоджуюча рідина працюють добре, а накочування різьблення є простим. Клас 5 вимагає низьких швидкостей різання, жорстких налаштувань, гострих інструментів і охолоджуючої рідини під високим{3}}тиском; його низька теплопровідність зберігає тепло на ріжучій кромці, а -зміцнення відбувається швидко. Ці фактори підвищують вартість обробки для класу 5 значно вище, ніж клас 2, і пояснюють вартість матеріалу, як правило, у два-три рази вищу за кілограм.

Керівництво по вибору

Вибирайте клас 5, якщо компонент зазнає високих статичних або циклічних навантажень, коли зниження ваги є критичним або коли важлива зносостійкість, як-от аерокосмічні конструктивні деталі, гоночні компоненти та -несучі імплантати. Вибирайте клас 2, коли стійкість до корозії є основною вимогою, коли необхідна біосумісність для не-навантажувальних-пристроїв, коли деталь має бути сформована чи зварена значною мірою, або коли бюджет є керуючим фактором, наприклад, морське обладнання, теплообмінна труба, хімічні ємності та споживчі товари.

FAQ

Чи завжди титан класу 5 міцніший за клас 2?

Так, межа міцності та текучості: приблизно 895 МПа проти мінімуму 345 МПа за ASTM. Ступінь 5 приблизно в 2,6 рази сильніша за натяг і приблизно в три рази сильніша за вихід.

Який сорт краще для морської води?

Ступінь 2 є кращим вибором для впливу морської води та хлоридів, особливо там, де є тріщини, завдяки його винятковій стійкості та легшому ремонту зварних швів. Клас 5 прийнятний, якщо також потрібна висока міцність.

Чи можна використовувати титан класу 2 в аерокосмічній галузі?

Так, для не-несучих-навантажень і пластичних-деталей, таких як повітроводи, обтічники та гідравлічні трубки. Конструктивні, втомлюючі-критичні аерокосмічні деталі виготовляються з класу 5 або інших сплавів відповідно до специфікацій AMS.

Чому 5 клас дорожчий?

Легуючі елементи, суворіший контроль обробки, складніша гаряча обробка та вищі витрати на механічну обробку — усе це збільшує ціну. Клас 5 зазвичай коштує в два-три рази більше, ніж клас 2 за одиницю ваги.

Чи достатньо біосумісний титан Grade 2 для імплантатів?

Ступінь 2 за ASTM F67 використовується для імплантатів і хірургічних інструментів, які не-несуть{3}}навантаження. Імплантати, що несуть навантаження, мають клас 5 ELI за ASTM F136 для підвищення міцності та стійкості до руйнування.

Яку марку я повинен вказати для кріплення?

Для морських або загальних корозійних умов кріпильні елементи класу 2 пропонують надійну та недорогу-вартість. Для високо{3}}критичних -з’єднань, що мають високу міцність, втому- в аерокосмічних, автоспортивних або спортивних транспортних засобах, визначено кріпильні елементи класу 5 за ASTM F468 або ASTM B348.