1. เท่ากับเกรด 2 ไทเทเนียมคืออะไร?
เกรด 2 ไทเทเนียมเกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์ (CP) ที่รู้จักกันดีในเรื่องความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมการสร้างที่ดีและความแข็งแรงปานกลางมีการกำหนดที่เทียบเท่ากันอย่างดีในมาตรฐานสากลที่สำคัญ สิ่งที่เทียบเท่ากันเหล่านี้ทำให้มั่นใจได้ว่าประสิทธิภาพของวัสดุและความสามารถในการใช้แทนกันในการผลิตทั่วโลกและการใช้งานด้านวิศวกรรม
ในสหรัฐอเมริกามันถูกกำหนดให้เป็นASTM B265 gr . 2(สำหรับจานแผ่นและแถบ)ASTM B338 gr . 2(สำหรับท่อและท่อที่ไร้รอยต่อ) และASTM B348 gr . 2(สำหรับบาร์สายไฟและการตีโต้)-เหล่านี้เป็นมาตรฐานที่อ้างอิงอย่างกว้างขวางที่สุดในอเมริกาเหนือ ในยุโรปมาตรฐานที่สอดคล้องกันภายใต้ระบบ EN (European Norm) คือEN 10269 gr . 3.7035ซึ่งครอบคลุมผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปเช่นแผ่นแผ่นแผ่นและท่อ สำหรับกรอบการทำงานของ ISO ระหว่างประเทศ (ระหว่างประเทศเพื่อมาตรฐาน)ISO 5832-2การจำแนกประเภทเฉพาะสำหรับเกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์ซึ่งสอดคล้องกับคุณสมบัติของเกรด 2 นอกจากนี้ในญี่ปุ่นการกำหนด JIS (มาตรฐานอุตสาหกรรมญี่ปุ่น) คือJIS H4600 TP2ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมยานยนต์การบินและอวกาศและเคมีในภูมิภาค สิ่งที่เทียบเท่าเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับผู้ผลิตวิศวกรและผู้ซื้อในการจัดหาหรือระบุวัสดุที่ถูกต้องโดยไม่คำนึงถึงที่ตั้งทางภูมิศาสตร์เนื่องจากพวกเขารับประกันได้ว่าวัสดุตรงตามข้อกำหนดหลักที่เหมือนกันสำหรับความบริสุทธิ์ความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพเชิงกล
2. องค์ประกอบทางเคมีของไทเทเนียมเกรด 2 คืออะไร?
เกรด 2 ไทเทเนียมจัดเป็นเกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์ (CP) ในเชิงพาณิชย์ซึ่งหมายความว่าองค์ประกอบของมันถูกครอบงำโดยไทเทเนียม (มากกว่าหรือเท่ากับ 98.6%) โดยมีองค์ประกอบขนาดเล็กที่ควบคุมได้และสิ่งสกปรกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ องค์ประกอบทางเคมีได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดตามมาตรฐานสากล (เช่น ASTM, EN, ISO) เพื่อให้แน่ใจว่ามีความสอดคล้องและช่วงทั่วไป (โดยเปอร์เซ็นต์น้ำหนัก) มีดังนี้:
องค์ประกอบหลักคือไทเทเนียม (TI)ซึ่งคิดเป็นอย่างน้อย 98.6%-เนื้อหาไทเทเนียมสูงนี้รับผิดชอบคุณสมบัติโดยธรรมชาติของวัสดุเช่นความหนาแน่นต่ำและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ องค์ประกอบการผสมคีย์คือออกซิเจน (O)อยู่ที่สูงสุด 0.25% ออกซิเจนถูกเพิ่มเข้ามาโดยเจตนาในปริมาณเล็กน้อยเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุโดยไม่ลดทอนความเหนียว (ความสามารถในการก่อตัวเป็นรูปร่างเช่นแผ่นหรือท่อ)
องค์ประกอบอื่น ๆ มีอยู่ทั้งการติดตามการผสมหรือการควบคุมสิ่งสกปรกเหล็ก (FE)ถูก จำกัด ให้สูงสุด 0.30%-เหล็กสามารถปรับปรุงความแข็งแรงได้เล็กน้อย แต่ถูก จำกัด เพื่อหลีกเลี่ยงการลดความต้านทานการกัดกร่อนคาร์บอน (c)ถูกต่อยอดที่ 0.08% เพื่อป้องกันการก่อตัวของ Titanium Carbides เปราะซึ่งอาจทำให้วัสดุอ่อนตัวลงไนโตรเจน (N)ถูก จำกัด ไว้ที่ 0.03% เนื่องจากไนโตรเจนส่วนเกินสามารถทำให้วัสดุแข็งและเหนียวน้อยลงไฮโดรเจน (H)ถูกควบคุมอย่างเคร่งครัดให้สูงสุด 0.015%-ไฮโดรเจนเป็นอันตรายอย่างมากต่อไทเทเนียมเนื่องจากอาจทำให้เกิด "การเยียวยาไฮโดรเจน" ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่นำไปสู่ความล้มเหลวอย่างฉับพลันและเปราะภายใต้ความเครียด ในที่สุด,องค์ประกอบอื่น ๆ(องค์ประกอบส่วนบุคคลใด ๆ ที่ไม่ได้ระบุไว้ข้างต้น) จะถูก จำกัด ให้สูงสุด 0.10%และทั้งหมดขององค์ประกอบดังกล่าวทั้งหมดจะถูก จำกัด ที่ 0.40%
องค์ประกอบที่สมดุลอย่างระมัดระวังนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าไทเทเนียมเกรด 2 ยังคงรักษาความต้านทานการกัดกร่อนการเกิดขึ้นและความแข็งแรงปานกลางทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย
3. คุณสมบัติเชิงกลของเกรด 2 ไทเทเนียมคืออะไร?
เกรด 2 ไทเทเนียมแสดงชุดของคุณสมบัติเชิงกลที่ทำให้มันมีความหลากหลายสำหรับการใช้งานที่ต้องการความสมดุลของความแข็งแรงความเหนียวและความเหนียวโดยทั่วไปประสิทธิภาพที่วัดได้ในสถานะอบอ่อน (เงื่อนไขที่พบบ่อยที่สุดสำหรับเกรดนี้ คุณสมบัติเชิงกลที่สำคัญตามที่ระบุตามมาตรฐานเช่น ASTM B265 และ EN 10269 มีดังนี้:
แรงดึง: ความต้านทานแรงดึงสูงสุด (UTS) ซึ่งเป็นความเครียดสูงสุดที่วัสดุสามารถทนได้ก่อนที่จะแตกหัก370 MPa ถึง 480 MPa(megapascals) ความแข็งแรงของผลผลิต (ความเครียดที่วัสดุเริ่มเปลี่ยนรูปอย่างถาวร) มักจะอยู่ระหว่าง275 MPa และ 380 MPa- ความแข็งแรงปานกลางนี้สูงกว่าระดับไทเทเนียมเกรด 1 (เกรด CP ที่อ่อนที่สุด) แต่ต่ำกว่าเกรด 3 หรือเกรด 4 ทำให้เกรด 2 เป็นพื้นกลางสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความแข็งแรงมากกว่าเกรด 1 โดยไม่ต้องเสียสละ
ความเหนียว: เกรด 2 ไทเทเนียมนั้นมีความเหนียวอย่างมากตามที่เห็นได้จากมันการยืดตัวเมื่อหยุดพัก(การเพิ่มขึ้นของความยาวเปอร์เซ็นต์ก่อนความล้มเหลว) อย่างน้อย 20% (และมักจะสูงถึง 25% หรือมากกว่า) ในสถานะอบอ่อน ความเหนียวที่สูงนี้ช่วยให้สามารถเกิดขึ้นได้อย่างง่ายดายในรูปทรงที่ซับซ้อนผ่านกระบวนการต่าง ๆ เช่นการดัดการกลิ้งการปั๊มหรือการวาดภาพลึกสำหรับการใช้งานเช่นส่วนประกอบโลหะแผ่นในถังเคมีหรืออุปกรณ์การแพทย์ นอกจากนี้มันการลดพื้นที่(เปอร์เซ็นต์การลดลงของพื้นที่หน้าตัดที่จุดแตกหัก) โดยทั่วไปจะสูงกว่า 40%ยืนยันความสามารถในการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกโดยไม่ต้องแตก
ความแข็ง: วัสดุมีความแข็งค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับเกรดไทเทเนียมผสมหรือสแตนเลส ในระดับความแข็งของ Brinell (HB) ความแข็งของมันมีตั้งแต่90 HB ถึง 120 HBและในระดับ Rockwell B (HRB) มันอยู่ระหว่าง70 HRB และ 80 HRB- ความแข็งต่ำนี้ก่อให้เกิดความสามารถในการใช้งานที่ยอดเยี่ยม (ความง่ายในการตัดการขุดเจาะหรือการกัด) และความสามารถในการสร้างแม้ว่ามันจะหมายความว่ามันไวต่อรอยขีดข่วนพื้นผิวมากกว่าวัสดุที่แข็งกว่า
โมดูลัสยืดหยุ่น: โมดูลัสยืดหยุ่น (การวัดความแข็งของวัสดุหรือว่ามันโค้งงอภายใต้ความเครียดมากแค่ไหนก่อนที่จะกลับไปสู่รูปร่างดั้งเดิม) โดยประมาณ110 เกรดเฉลี่ย(gigapascals) ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งต่ำกว่าเหล็กกล้า (ประมาณ 200 GPa) หมายถึงไทเทเนียมเกรด 2 มีความยืดหยุ่นมากกว่าในการใช้งานที่ต้องการการสั่นสะเทือนหรือลดความแข็งแกร่งเช่นในส่วนประกอบการบินและอวกาศบางอย่างหรือการปลูกถ่ายทางการแพทย์
ความทนทานและความต้านทานต่อแรงกระแทก: ไทเทเนียมเกรด 2 มีความทนทานที่ดีซึ่งหมายความว่าสามารถดูดซับพลังงานได้โดยไม่ต้องแตกหักภายใต้แรงกระแทกหรือโหลดแบบไดนามิก ความแข็งแรงของแรงกระแทก V-notch charpy (การวัดความเหนียวมาตรฐาน) มักจะสูงกว่า34 J(จูล) ที่อุณหภูมิห้องซึ่งสูงกว่าวัสดุที่เปราะอย่างมีนัยสำคัญ ความเหนียวนี้รวมกับความต้านทานการกัดกร่อนทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งจำเป็นต้องมีทั้งความต้านทานต่อแรงกระแทกและความทนทาน
4. เกรด 2 ไทเทเนียมดีกว่าสแตนเลสหรือไม่?
ไม่ว่าจะเป็นไทเทเนียมเกรด 2 นั้นดีกว่าสแตนเลสหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับข้อกำหนดแอปพลิเคชันเฉพาะ-วัสดุทั้งสองมีข้อได้เปรียบและข้อ จำกัด ที่แตกต่างกันดังนั้นหนึ่งอาจมีประสิทธิภาพสูงกว่าอีกด้านหนึ่งในบางสถานการณ์ในขณะที่มีความเหมาะสมน้อยกว่าในผู้อื่น การเปรียบเทียบปัจจัยสำคัญเผยให้เห็นจุดแข็งของพวกเขา:
ครั้งแรกในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อนโดยทั่วไปแล้วเกรด 2 ไทเทเนียมนั้นเหนือกว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว มันก่อให้เกิดชั้นออกไซด์ที่มีความหนาแน่นและมีเสถียรภาพ (TIO₂) บนพื้นผิวของมันที่รักษาตัวเองหากได้รับความเสียหายปกป้องจากการกัดกร่อนในสื่อที่รุนแรงเช่นน้ำทะเลคลอรีนกรดซัลฟิวริก (เจือจาง) และกรดไนตริก สแตนเลส (เช่น 304, 316) ขึ้นอยู่กับโครเมียมออกไซด์สำหรับความต้านทานการกัดกร่อน แต่อาจไวต่อการกัดกร่อนของหลุมในสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยคลอไรด์ (เช่นน้ำทะเล) หรือการกัดกร่อนของรอยแยกในช่องว่างที่แน่นหนา สำหรับการใช้งานเช่นส่วนประกอบทางทะเลอุปกรณ์แปรรูปทางเคมีหรือพืชกลั่นน้ำทะเลความต้านทานการกัดกร่อนของไทเทเนียมเกรด 2 ทำให้ "ดีขึ้น"
ที่สอง,ความหนาแน่นและน้ำหนักเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญของไทเทเนียมเกรด 2 ด้วยความหนาแน่นประมาณ 4.51 g/cm³นั้นเบากว่าสแตนเลสประมาณ 40% (ซึ่งมีความหนาแน่น ~ 7.9 g/cm³) ความหนาแน่นต่ำนี้ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ไวต่อน้ำหนักเช่นส่วนประกอบการบินและอวกาศ (เช่นตัวยึดเครื่องบิน) ชิ้นส่วนยานยนต์หรืออุปกรณ์การแพทย์แบบพกพาที่ลดน้ำหนักโดยไม่ต้องเสียสละประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็น ในกรณีเหล่านี้ไทเทเนียมเกรด 2 เป็นที่นิยมอย่างชัดเจน
เกี่ยวกับอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก, เกรด 2 ไทเทเนียมยังเก่ง ในขณะที่ความต้านทานแรงดึงสูงสุด (370–480 MPa) ต่ำกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมทั่วไปเช่น 316 (515 MPa) หรือ 304 (515 MPa) ความหนาแน่นที่ต่ำกว่ามากหมายถึงความแข็งแรงต่อหน่วยน้ำหนักสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสำหรับส่วนประกอบโครงสร้างที่การประหยัดน้ำหนักและความแข็งแรงเป็นสิ่งสำคัญทั้งคู่เช่นในเครื่องจักรน้ำหนักเบาหรืออุปกรณ์กีฬา
สำหรับความเข้ากันได้ทางชีวภาพไทเทเนียมเกรด 2 นั้นเหนือกว่ามาก มันเป็นสารพิษไม่เป็นพิษและไม่ได้ทำปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อของมนุษย์หรือของเหลวในร่างกายทำให้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการปลูกถ่ายทางการแพทย์ (เช่นแผ่นกระดูก, การติดตั้งทันตกรรม) สแตนเลสในทางตรงกันข้ามมักจะมีนิกเกิล-สารก่อภูมิแพ้ทั่วไป-และอาจกัดกร่อนเล็กน้อยในร่างกายเมื่อเวลาผ่านไปนำไปสู่การระคายเคืองของเนื้อเยื่อหรือความล้มเหลวของรากฟันเทียม ดังนั้นในการใช้งานทางการแพทย์เกรด 2 ไทเทเนียมเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า
อย่างไรก็ตามสแตนเลสมีข้อได้เปรียบที่สำคัญในพื้นที่อื่น ๆค่าใช้จ่ายเป็นปัจจัยสำคัญ: สแตนเลส (เช่น 304) มีราคาถูกกว่าไทเทเนียมเกรด 2 อย่างมีนัยสำคัญทำให้ประหยัดได้มากขึ้นสำหรับการใช้งานที่มีต้นทุนต่ำและไม่สำคัญเช่นเครื่องใช้ในครัวเรือนวงเล็บโครงสร้างพื้นฐานหรืออุปกรณ์แปรรูปอาหารที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงความแข็งและความต้านทานการสึกหรอนอกจากนี้ยังมีความแข็งแกร่งในระดับสแตนเลสเช่น 316 มีความแข็งสูงกว่า (150–180 HB) กว่าไทเทเนียมเกรด 2 (90–120 HB) ทำให้สแตนเลสมีความทนทานมากขึ้นสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับแรงเสียดทานหรือการเสียดสีเช่นแบริ่งหรือส่วนประกอบเครื่องมือ นอกจากนี้ความสามารถและความพร้อมใช้งานได้ความโปรดปรานสแตนเลส: มันง่ายกว่าสำหรับเครื่องจักร (ต้องใช้เครื่องมือพิเศษน้อยกว่า) และมีให้เลือกมากมายในรูปทรงมาตรฐาน (เช่นแผ่น, บาร์, ท่อ) กว่าเกรด 2 ไทเทเนียมซึ่งสามารถลดเวลาการผลิตและค่าใช้จ่ายสำหรับชิ้นส่วนที่เรียบง่าย
โดยสรุปแล้วเกรด 2 ไทเทเนียมคือ "ดีกว่า" สำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานการกัดกร่อนคุณสมบัติที่มีน้ำหนักเบาอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงหรือความเข้ากันได้ทางชีวภาพ สแตนเลสดีกว่าสำหรับการใช้งานที่ไวต่อต้นทุนการสวมใส่สูงหรือไม่สำคัญซึ่งความสะดวกในการตัดเฉือนและความพร้อมใช้งานเป็นลำดับความสำคัญ ไม่มีการเลือกวัสดุ "ดีกว่า" สากลขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของแอปพลิเคชัน
