Nguyên tắc: Titan nóng chảy được đổ vào các khuôn đúc sẵn và đông cứng lại để tạo thành các thành phần có hình dạng gần như{0}}thật{1}}, thường sử dụng phương pháp đúc mẫu chảy (đúc-sáp bị mất) cho các dạng hình học phức tạp.
Cấu trúc bên trong
Titan đúc (bao gồm titan tinh khiết thương mại và các hợp kim như GR.5) có cấu trúc vi mô thô, định hướng chủ yếu là các hạt dạng cột hoặc đẳng trục, với mức độ phân tách cao của các nguyên tố hợp kim (ví dụ: Al và V trong GR.5) ở ranh giới hạt. Cấu trúc-đúc thường chứa các khuyết tật đúc như độ xốp co ngót, lỗ khí (H₂, N₂) và các tạp chất phi kim loại (TiO₂). Đối với các hợp kim + như GR.5, vi cấu trúc{10}được đúc chủ yếu là dạng tấm + (cấu trúc Widmanstätten), không có sự tinh chỉnh hạt hoặc phát triển kết cấu đáng kể.
Tỉ trọng
Mật độ lý thuyết của titan là 4,51 g/cm³, nhưng titan đúc cómật độ tương đối 95–98%do khuyết tật về độ xốp và co ngót vốn có. Các lỗ rỗng co rút nghiêm trọng hoặc các lỗ rỗng lớn có thể làm giảm mật độ xuống dưới 95%, dẫn đến sự tập trung ứng suất và suy giảm hiệu suất.
Tính chất cơ học
Sức mạnh và độ dẻo: Titan đúc có độ bền kéo ở nhiệt độ phòng-thấp (ví dụ: vì-đúc GR.5 có độ bền kéo là 700–750 MPa, thấp hơn ~15% so với GR.5 được rèn qua ủ) và độ dẻo kém (độ giãn dài 5–8%, ít hơn một nửa so với các loại được rèn) do hạt thô và sự phân tách. Độ bền chảy của nó cũng thấp (600–650 MPa) với tính dị hướng đáng kể do quá trình hóa rắn định hướng.
Độ dẻo dai và mệt mỏi: Độ bền nứt gãy của-đúc GR.5 chỉ là 30–40 MPa·m¹/² (so với. 60 MPa·m¹/² đối với vật liệu rèn) và độ bền mỏi (10⁷ chu kỳ) là 200–250 MPa (giảm 37–50% so với các loại rèn), vì các khuyết tật đóng vai trò là vị trí bắt đầu vết nứt.
Hiệu suất nhiệt độ-cao: Cấu trúc dạng lớp cung cấp khả năng chống rão vừa phải ở 300–400 độ, nhưng độ bền nhiệt độ-cao tổng thể kém hơn so với titan rèn do mật độ thấp.
Nguyên tắc: Phôi titan phải chịu biến dạng dẻo ở nhiệt độ-cao (dưới -chuyển đổi cho + hợp kim) thông qua búa hoặc rèn ép, làm vỡ các hạt đúc thô và hình thành cấu trúc vi mô bị biến dạng.
Cấu trúc bên trong
Titan rèn có mộttinh chế, biến dạng + cấu trúc vi môvới dòng hạt định hướng (kết cấu dạng sợi) dọc theo hướng rèn. Cấu trúc-được rèn giúp loại bỏ các khuyết tật đúc (độ xốp, sự phân tách) và phá vỡ các hạt dạng tấm thô thành các hạt đẳng trục hoặc lưỡng kim + (tùy thuộc vào nhiệt độ rèn và tốc độ làm nguội). Đối với GR.5, quá trình ủ sau khi rèn tạo ra cấu trúc + đẳng trục đồng nhất với kích thước hạt từ 5–10 μm (so với. 50–100 μm đối với-vật liệu đúc).
Tỉ trọng
Việc rèn giúp loại bỏ các lỗ chân lông bên trong và nén chặt vật liệu, dẫn đếnmật độ tương đối Lớn hơn hoặc bằng 99,5%, gần với mật độ lý thuyết của titan. Việc nén chặt đảm bảo không có khoảng trống bên trong có thể gây ra sự tập trung ứng suất.
Tính chất cơ học
Sức mạnh và độ dẻo: GR.5 được rèn và ủ có độ bền kéo 860–900 MPa, cường độ chảy 800 MPa và độ giãn dài 10–15%, thể hiện sự kết hợp cân bằng giữa độ bền cao và độ dẻo. Dòng hạt định hướng dẫn đến tính dị hướng vừa phải (cường độ dọc theo hướng rèn cao hơn 5–10% so với hướng ngang).
Độ dẻo dai và mệt mỏi: Độ bền đứt gãy đạt 55–65 MPa·m¹/² và độ bền mỏi chu kỳ 10⁷- là 350–400 MPa, cao hơn đáng kể so với titan đúc, do tinh chế hạt và loại bỏ khuyết tật.
Hiệu suất nhiệt độ-cao: Cấu trúc vi mô lưỡng kim của GR.5 rèn mang lại khả năng chống rão tuyệt vời ở 300–400 độ (độ dão<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
Nguyên tắc: Các thỏi hoặc phôi titan được xử lý thông qua cán nóng/lạnh để tạo ra các tấm, tấm hoặc dải, với biến dạng dẻo xảy ra dọc theo hướng cán để tạo thành cấu trúc vi mô phẳng, có kết cấu.
Cấu trúc bên trong
Titan{0}}cán nóng cókết tinh lại cân bằng + vi cấu trúcvới các hạt kéo dài theo hướng cán (tạo thành kết cấu cán). Titan-cán nguội (trước khi ủ) có cấu trúc bị biến dạng,-cứng lại với mật độ lệch vị trí cao; ủ sau khi cán nguội sẽ tinh chế hạt đến 3–5 μm (mịn hơn titan rèn). Đối với tấm GR.5, cấu trúc cuộn có kết cấu cơ bản {0001} chắc chắn, dẫn đến tính dị hướng đáng kể về khả năng định dạng và tính chất cơ học.
Tỉ trọng
Cán đạt được mật độ hoàn toàn với mộtmật độ tương đối Lớn hơn hoặc bằng 99,8%, vì biến dạng nén liên tục giúp loại bỏ độ xốp còn sót lại và đảm bảo việc đóng gói vật liệu đồng đều. Cán nguội cải thiện hơn nữa mật độ bằng cách giảm khoảng cách giữa các hạt.
Tính chất cơ học
Sức mạnh và độ dẻo: 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 >1000 MPa) nhưng độ dẻo thấp (độ giãn dài<5%) due to work hardening.
Độ dẻo dai và mệt mỏi: Độ bền gãy của GR.5 được cán là 50–60 MPa·m¹/² (thấp hơn một chút so với các loại được rèn do kết cấu-gây ra sự bất đẳng hướng), trong khi độ bền mỏi là 380–420 MPa (cao hơn vật liệu rèn do kích thước hạt mịn hơn và bề mặt nhẵn hơn).
Khả năng định dạng: Tấm cuộn có khả năng định hình nguội tuyệt vời (ví dụ: uốn, dập) dọc theo hướng cán, nhưng khả năng định hình kém theo hướng ngang do kết cấu chắc chắn, hạn chế việc sử dụng chúng trong các bộ phận có hình dạng-phức tạp.
Nguyên tắc: Bột titan (được sản xuất thông qua phương pháp nguyên tử hóa khí hoặc phương pháp hydrua-dehydrua (HDH)) được nén và thiêu kết ở nhiệt độ cao để tạo thành các thành phần hoàn toàn đậm đặc, cho phép sản xuất hình dạng gần như dạng lưới- và kiểm soát cấu trúc vi mô.
Cấu trúc bên trong
PM titan cócấu trúc vi mô cân bằng{0}}có hạt mịn, đồng nhất(cỡ hạt 2–5 μm) không có kết cấu hoặc sự phân chia định hướng, vì các hạt bột được kết tinh lại hoàn toàn trong quá trình thiêu kết. Đối với PM GR.5, cấu trúc vi mô là một ma trận + đồng nhất với các hạt pha -mịn được phân bố đồng đều. Tuy nhiên, các lỗ rỗng còn sót lại (nhỏ hơn hoặc bằng 1% thể tích) và các tạp chất oxit nhỏ (từ quá trình oxy hóa bề mặt bột) có thể vẫn còn ở ranh giới hạt.
Tỉ trọng
Mật độ của PM titan phụ thuộc vào các thông số thiêu kết: PM titan thiêu kết chân không cómật độ tương đối 98–99,5%, trong khi quá trình xử lý sau ép đẳng tĩnh nóng (HIP)-có thể tăng mật độ lên Lớn hơn hoặc bằng 99,8%, phù hợp với mức titan rèn. Bột HDH (hình dạng không đều) tạo ra mật độ thấp hơn bột nguyên tử khí-(hình cầu) do hiệu quả đóng gói kém.
Tính chất cơ học
Sức mạnh và độ dẻo: PM GR.5 thiêu kết có độ bền kéo 800–850 MPa, cường độ chảy 750–780 MPa và độ giãn dài 8–12% (thấp hơn một chút so với các loại rèn do độ xốp còn sót lại). PM GR.5 được xử lý HIP{8}} đạt được độ bền kéo 850–900 MPa và độ giãn dài 10–15%, có thể so sánh với titan rèn.
Độ dẻo dai và mệt mỏi: Độ bền đứt gãy của PM GR.5 là 45–55 MPa·m¹/² (thấp hơn vật liệu rèn do có lẫn oxit), và độ bền mỏi là 300–350 MPa (được cải thiện lên 380–400 MPa với HIP). Cấu trúc hạt mịn-mang lại cho PM titan khả năng chống mài mòn tuyệt vời, vượt trội so với các loại rèn.
Chi phí và tùy chỉnh: PM cho phép sản xuất các bộ phận phức tạp với lượng chất thải vật liệu tối thiểu nhưng quá trình oxy hóa bột và độ xốp hạn chế việc sử dụng nó trong các ứng dụng hàng không vũ trụ có độ mỏi cao, khiến nó phù hợp với các bộ phận công nghiệp và y tế (ví dụ: cấy ghép chỉnh hình) với yêu cầu hiệu suất vừa phải.
