หลักการ: ไทเทเนียมหลอมเหลวถูกเทลงในแม่พิมพ์สำเร็จรูปและแข็งตัวเพื่อสร้างส่วนประกอบที่มีรูปร่างใกล้เคียง-สุทธิ- โดยทั่วไปจะใช้การหล่อแบบลงทุน (การหล่อด้วยขี้ผึ้งที่หายไป-) สำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน
โครงสร้างภายใน
ไททาเนียมหล่อ (รวมถึงไทเทเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์และโลหะผสม เช่น GR.5) มีโครงสร้างจุลภาคที่มีทิศทางหยาบ โดดเด่นด้วยเกรนแบบเรียงเป็นแนวหรือเท่ากัน โดยมีการแยกองค์ประกอบอัลลอยด์ในระดับสูง (เช่น Al และ V ใน GR.5) ที่ขอบเขตเกรน โครงสร้างการหล่อแบบ-มักมีข้อบกพร่องในการหล่อ เช่น ความพรุนของการหดตัว รูก๊าซ (H₂, N₂) และการรวมตัวที่ไม่ใช่-โลหะ (TiO₂) สำหรับโลหะผสม + เช่น GR.5 โครงสร้างจุลภาคแบบหล่อ-ส่วนใหญ่จะเป็นลาเมลลาร์ + (โครงสร้าง Widmanstätten) โดยไม่มีการปรับแต่งเกรนหรือการพัฒนาพื้นผิวอย่างมีนัยสำคัญ
ความหนาแน่น
ความหนาแน่นตามทฤษฎีของไทเทเนียมคือ 4.51 g/cm³ แต่ไทเทเนียมหล่อมีความหนาแน่นสัมพัทธ์ 95–98%เนื่องจากมีความพรุนโดยธรรมชาติและข้อบกพร่องในการหดตัว ช่องว่างการหดตัวอย่างรุนแรงหรือรูพรุนขนาดใหญ่สามารถลดความหนาแน่นลงได้อีกต่ำกว่า 95% ซึ่งนำไปสู่ความเข้มข้นของความเครียดและประสิทธิภาพการทำงานลดลง
คุณสมบัติทางกล
ความแข็งแกร่งและความเหนียว: ไททาเนียมหล่อมีความต้านทานแรงดึงที่อุณหภูมิห้องต่ำ- (เช่น เมื่อ-หล่อ GR.5 มีความต้านทานแรงดึง 700–750 MPa ซึ่งต่ำกว่า GR.5 ที่ผ่านการอบอ่อนประมาณ 15%) และความเหนียวต่ำ (การยืดตัว 5–8% น้อยกว่าครึ่งหนึ่งของเกรดการหลอม) เนื่องจากเม็ดหยาบและการแยกส่วน ความแข็งแรงของผลผลิตยังต่ำ (600–650 MPa) โดยมีแอนไอโซโทรปีที่มีนัยสำคัญซึ่งเกิดจากการแข็งตัวในทิศทาง
ความเหนียวและความเหนื่อยล้า: ความทนทานต่อการแตกหักของ-หล่อ GR.5 อยู่ที่ 30–40 MPa·m¹/² เท่านั้น (เทียบกับ . 60 MPa·m¹/² สำหรับวัสดุหลอม) และความแข็งแรงเมื่อยล้า (รอบ 107) อยู่ที่ 200–250 MPa (ลดลง 37–50% จากเกรดหลอม) เนื่องจากข้อบกพร่องทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตก
ประสิทธิภาพอุณหภูมิสูง-: โครงสร้างลาเมลลาร์ให้ความต้านทานการคืบปานกลางที่ 300–400 องศา แต่ความแข็งแรงของอุณหภูมิสูงโดยรวม-นั้นด้อยกว่าไทเทเนียมที่ขึ้นรูปแล้วเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ
หลักการ: เหล็กแท่งไทเทเนียมต้องผ่านอุณหภูมิสูง- (ต่ำกว่า - ทรานส์ซัสสำหรับ + โลหะผสม) การเปลี่ยนรูปพลาสติกโดยใช้ค้อนหรือการตีขึ้นรูป ทำลายเม็ดหล่อหยาบ และสร้างโครงสร้างจุลภาคที่ผิดรูป
โครงสร้างภายใน
ฟอร์จไทเทเนียมมีกลั่น, ผิดรูป + โครงสร้างจุลภาคมีทิศทางการไหลของเกรน (เนื้อเส้นใย) ตามแนวการตีขึ้นรูป โครงสร้างแบบฟอร์จ-ขจัดข้อบกพร่องในการหล่อ (ความพรุน การแยกตัว) และแบ่งเกรนลาเมลลาร์หยาบออกเป็นเกรนที่เท่ากันหรือสองโมดัล + (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการตีและอัตราการเย็นตัว) สำหรับ GR.5 การหลอมหลังจากการตีจะทำให้มีโครงสร้างที่สมดุล + สม่ำเสมอโดยมีขนาดเกรน 5–10 μm (เทียบกับ. 50–100 μm สำหรับเป็น-วัสดุหล่อ)
ความหนาแน่น
การตีขึ้นรูปช่วยขจัดรูขุมขนภายในและทำให้วัสดุกระชับ ส่งผลให้ความหนาแน่นสัมพัทธ์มากกว่าหรือเท่ากับ 99.5%ใกล้เคียงกับความหนาแน่นทางทฤษฎีของไทเทเนียม การทำให้หนาแน่นขึ้นทำให้มั่นใจได้ว่าไม่มีช่องว่างภายในที่อาจก่อให้เกิดความเครียด
คุณสมบัติทางกล
ความแข็งแกร่งและความเหนียว: GR.5 ที่หลอมและอบอ่อนมีความต้านทานแรงดึงที่ 860–900 MPa, กำลังรับผลผลิตที่ 800 MPa และการยืดตัวที่ 10–15% แสดงถึงการผสมผสานที่สมดุลระหว่างความแข็งแรงและความเหนียวสูง ทิศทางการไหลของเกรนทำให้เกิดแอนไอโซโทรปีปานกลาง (ความแข็งแรงตามทิศทางการตีจะสูงกว่าทิศทางตามขวาง 5–10%)
ความเหนียวและความเหนื่อยล้า: ความทนทานต่อการแตกหักถึง 55–65 MPa·m¹/² และความต้านทานความล้าของวงจร 107- อยู่ที่ 350–400 MPa ซึ่งสูงกว่าไทเทเนียมหล่ออย่างมาก เนื่องจากการปรับแต่งเกรนและการกำจัดข้อบกพร่อง
ประสิทธิภาพอุณหภูมิสูง-: โครงสร้างจุลภาคแบบ bimodal ของ GR.5 ปลอมแปลงให้ความต้านทานการคืบคลานที่ดีเยี่ยมที่ 300–400 องศา (ความเครียดจากการคืบ<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
หลักการ: แท่งไทเทเนียมหรือบิลเล็ตถูกแปรรูปโดยการรีดร้อน/เย็นเพื่อผลิตเป็นแผ่น แผ่น หรือแถบ โดยมีการเสียรูปแบบพลาสติกเกิดขึ้นตามทิศทางการรีดเพื่อสร้างโครงสร้างจุลภาคที่มีพื้นผิวเรียบ
โครงสร้างภายใน
ไทเทเนียมรีดร้อน-มีการตกผลึกใหม่ equiaxed + โครงสร้างจุลภาคมีลายยาวไปตามทิศทางการกลิ้ง (เกิดเป็นเนื้อกลิ้ง) ไทเทเนียมรีดเย็น- (ก่อนการหลอม) มีโครงสร้างที่เปลี่ยนรูปและแข็งตัว- โดยมีความหนาแน่นของการเคลื่อนที่สูง การหลอมหลังจากการรีดเย็นจะทำให้เมล็ดละเอียดเป็น 3–5 μm (ละเอียดกว่าไทเทเนียมหลอม) สำหรับแผ่น GR.5 โครงสร้างแบบม้วนมีพื้นผิวที่เป็นฐาน {0001} ที่แข็งแกร่ง ทำให้เกิดแอนไอโซโทรปีอย่างมีนัยสำคัญในด้านความสามารถในการขึ้นรูปและคุณสมบัติทางกล
ความหนาแน่น
การกลิ้งทำให้มีความหนาแน่นเต็มที่ด้วยความหนาแน่นสัมพัทธ์มากกว่าหรือเท่ากับ 99.8%เนื่องจากการเสียรูปของแรงอัดอย่างต่อเนื่องช่วยขจัดความพรุนที่ตกค้างและรับประกันการบรรจุวัสดุที่สม่ำเสมอ การรีดเย็นช่วยเพิ่มความหนาแน่นโดยการลดช่องว่างตามขอบเกรน
คุณสมบัติทางกล
ความแข็งแกร่งและความเหนียว: Annealed hot-rolled GR.5 sheets have a tensile strength of 850–880 MPa, yield strength of 780–800 MPa, and elongation of 12–18% (higher ductility than forged titanium due to finer grains). Cold-rolled (unannealed) GR.5 has ultra-high strength (tensile strength >1,000 MPa) แต่มีความเหนียวต่ำ (การยืดตัว<5%) due to work hardening.
ความเหนียวและความเหนื่อยล้า: ความเหนียวแตกหักของ GR.5 แบบรีดคือ 50–60 MPa·m¹/² (ต่ำกว่าเกรดหลอมเล็กน้อยเนื่องจากพื้นผิว-เกิดแอนไอโซโทรปีเหนี่ยวนำ) ในขณะที่ความต้านทานต่อความล้าอยู่ที่ 380–420 MPa (สูงกว่าวัสดุหลอมเนื่องจากขนาดเกรนที่ละเอียดกว่าและผิวสำเร็จที่เรียบเนียน)
ความสามารถในการขึ้นรูป: แผ่นรีดมีความสามารถในการขึ้นรูปเย็นได้ดีเยี่ยม (เช่น การดัด การปั๊ม) ไปตามทิศทางการรีด แต่ความสามารถในการขึ้นรูปได้ไม่ดีในทิศทางตามขวาง เนื่องจากมีเนื้อสัมผัสที่แข็งแรง ทำให้จำกัดการใช้งานในส่วนประกอบที่มีรูปร่างซับซ้อน-
หลักการ: ผงไทเทเนียม (ผลิตโดยการทำให้เป็นอะตอมของแก๊สหรือไฮไดรด์-วิธีดีไฮไดรด์ (HDH)) จะถูกบดอัดและเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างส่วนประกอบที่มีความหนาแน่นสูง ทำให้เกิดการผลิตที่มีรูปร่างใกล้เคียง-สุทธิ-และการควบคุมโครงสร้างจุลภาค
โครงสร้างภายใน
PM ไทเทเนียมมีโครงสร้างจุลภาคที่มีเนื้อละเอียดสม่ำเสมอ-(ขนาดเกรน 2–5 μm) โดยไม่มีพื้นผิวหรือการแยกทิศทาง เนื่องจากอนุภาคผงจะถูกตกผลึกใหม่ทั้งหมดในระหว่างการเผาผนึก สำหรับ PM GR.5 โครงสร้างจุลภาคจะเป็นเนื้อเดียวกัน + เมทริกซ์ที่มีอนุภาคเฟสละเอียด - กระจายสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม รูพรุนที่เหลือ (เศษส่วนของปริมาตรน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1%) และการรวมตัวของออกไซด์เล็กน้อย (จากการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิวของผง) อาจยังคงอยู่ที่ขอบเขตของเกรน
ความหนาแน่น
ความหนาแน่นของ PM ไทเทเนียมขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การเผาผนึก: PM ไทเทเนียมเผาผนึกสุญญากาศมีความหนาแน่นสัมพัทธ์ 98–99.5%ในขณะที่การบำบัดหลังการกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP) -สามารถเพิ่มความหนาแน่นให้มากกว่าหรือเท่ากับ 99.8% ซึ่งตรงกับระดับไทเทเนียมที่ทำขึ้น ผง HDH (รูปร่างไม่สม่ำเสมอ) ให้ความหนาแน่นต่ำกว่าผงก๊าซ-ที่ทำให้เกิดอะตอม (รูปร่างทรงกลม) เนื่องจากประสิทธิภาพการบรรจุไม่ดี
คุณสมบัติทางกล
ความแข็งแกร่งและความเหนียว: PM GR.5 เผาผนึกมีความต้านทานแรงดึง 800–850 MPa ความแข็งแรงของผลผลิต 750–780 MPa และการยืดตัว 8–12% (ต่ำกว่าเกรดที่ขึ้นรูปเล็กน้อยเนื่องจากมีความพรุนตกค้าง) PM GR.5 ที่ผ่านการบำบัดด้วย HIP- มีความต้านทานแรงดึง 850–900 MPa และการยืดตัวที่ 10–15% เทียบได้กับไทเทเนียมหลอม
ความเหนียวและความเหนื่อยล้า: ความทนทานต่อการแตกหักของ PM GR.5 อยู่ที่ 45–55 MPa·m¹/² (ต่ำกว่าวัสดุที่ขึ้นรูปเนื่องจากมีออกไซด์รวมอยู่ด้วย) และความต้านทานความล้าอยู่ที่ 300–350 MPa (ปรับปรุงเป็น 380–400 MPa พร้อม HIP) โครงสร้างที่ละเอียด-ทำให้ PM ไทเทเนียมมีความทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยม ซึ่งเหนือกว่าเกรดหลอม
ต้นทุนและการปรับแต่ง: PM ช่วยให้สามารถผลิตส่วนประกอบที่ซับซ้อนโดยสิ้นเปลืองวัสดุน้อยที่สุด แต่การเกิดออกซิเดชันของผงและความพรุนจำกัดการใช้งานในการใช้งานด้านการบินและอวกาศที่มีความเหนื่อยล้าสูง- ทำให้เหมาะสำหรับส่วนประกอบทางอุตสาหกรรมและทางการแพทย์ (เช่น การปลูกถ่ายกระดูก) ที่มีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพปานกลาง
