Чистий титан проти гвинтів із титанового сплаву: у чому різниця?

Feb 04, 2024

Чистий титан і гвинти з титанового сплаву: основи

Титанові гвинти поділяються на дві групи: комерційно чистий (CP) титан, який по суті є нелегованим металом, і титанові сплави, які поєднують титан з такими елементами, як алюміній, ванадій, молібден і ніобій. Вибір впливає на міцність, стійкість до корозії, довговічність, вартість і стандарти, яким має відповідати кріплення. У цій статті порівнюються два сімейства, щоб покупці могли вибрати правильний гвинт для роботи.

Хімічний склад

матеріал	Ключовий склад (мас.%)
CP Titanium Grade 2	Ti Більше або дорівнює 99,2, Fe Менше або дорівнює 0,30, O Менше або дорівнює 0,25, C Менше або дорівнює 0,08
CP Titanium Grade 4	Ti Більше або дорівнює 98,9, Fe Менше або дорівнює 0,50, O Менше або дорівнює 0,40, C Менше або дорівнює 0,08
Ti-6Al-4V (клас 5)	Al 5,5-6,5, V 3,5-4,5, Fe менше або дорівнює 0,40, O менше або дорівнює 0,20
Ti-6Al-4V ELI (клас 23)	Al 5,5-6,5, V 3,5-4,5, Fe менше або дорівнює 0,25, O менше або дорівнює 0,13

Порівняння механічних властивостей

матеріал	Міцність на розрив (МПа)	0,2% вихід (МПа)	Подовження (%)
2 сорт (відпалений)	Більше або дорівнює 345	Більше або дорівнює 275	Більше або дорівнює 20
4 сорт (відпалений)	Більше або дорівнює 550	Більше або дорівнює 483	Більше або дорівнює 15
5 клас (відпалений)	Більше або дорівнює 895	Більше або дорівнює 828	Більше або дорівнює 10
23 сорт (відпалений)	Більше або дорівнює 860	Більше або дорівнює 795	Більше або дорівнює 10

Значення відповідають стандарту ASTM B348 для прутка та стрижня. Високо{2}}міцні титанові сплави можуть перевищувати міцність на розрив багатьох легованих конструкційних сталей, але важать лише приблизно на 60%, тому титанові кріплення є стандартними в аерокосмічній галузі.

Практичні відмінності в обслуговуванні

Міцні гвинти зі сплаву - витримують більші навантаження на затиск при тому самому діаметрі або допускають менші діаметри для того самого навантаження.

Стійкість до корозії - CP titanium стійкий до більшості хімічних і морських середовищ; сплави, такі як Ti-6Al-4V, схожі в більшості середовищ, але трохи менш стійкі до деяких відновних кислот.

Galling - обидві родини жовчні під ковзним контактом; дисульфід молібдену або сріблення, а також анти{2}}задирні сполуки рекомендуються для різьбового з’єднання.

Кріплення зі сплаву - мають вищу втомну міцність, що важливо під час вібрації та циклічного навантаження.

Біологічна сумісність - Ступені ELI (клас 23) визначені для кісткових гвинтів і фіксації імплантатів відповідно до ASTM F136 та ISO 5832-3.

Формованість і вартість - чистий титан легше піддається холодній головці та коштує дешевше; гвинти зі сплаву часто вимагають теплої насадки або механічної обробки.

Як вибрати

Для хімічних, морських і загальнопромислових кріплень, де стійкість до корозії є пріоритетом і навантаження помірні, CP титану Grade 2 або Grade 4 зазвичай достатньо та економічно. Для аерокосмічних конструкційних кріплень, високо-міцних з’єднань і застосувань, що піддаються втомі, оберіть альфа-бета-сплав, наприклад Ti-6Al-4V, що поставляється відповідно до ASTM F468 або AMS 4967. Для хірургічних імплантатів використовуйте клас 23 (Ti-6Al-4V ELI) відповідно до ASTM F136 або ISO 5832-3.

Часті запитання

Чи гвинти з чистого титану слабші за гвинти з титанового сплаву?

Так, у більшості випадків. Титан класу 2 CP має мінімальну міцність на розрив близько 345 МПа, тоді як відпалений Ti-6Al-4V перевищує 895 МПа, тому гвинти зі сплаву використовуються там, де потрібні більші навантаження на затиск.

Чи можна використовувати гвинти з чистого титану в морській воді?

так Титан CP стійкий до точкової та щілинної корозії в морській воді та широко використовується в морських кріпленнях, часто без покриття.

Чому гвинти з титанового сплаву віддають перевагу в аерокосмічній галузі?

Оскільки вони поєднують у собі високу міцність, низьку щільність і чудову стійкість до втоми, зменшуючи структурну вагу корпусів літаків і двигунів.

Чи вимагають спеціальної установки титанові гвинти?

Вони легко задираються, тому для запобігання заїданню під час складання рекомендується використовувати анти{0}}компаунди, контрольований крутний момент і інструменти з нержавіючої сталі або титану.

Який стандарт охоплює титанові кріплення?

ASTM F468 охоплює болти, гвинти та шпильки з кольорових металів, включаючи титан; пруткова заготовка постачається відповідно до ASTM B348, а гвинти для імплантатів відповідно до ASTM F136 або ISO 5832-3.