Zasada: Roztopiony tytan wlewa się do prefabrykowanych form i zestala, tworząc elementy o kształcie zbliżonym do-net-, zwykle przy użyciu odlewania metodą traconego wosku (odlewania-traconego wosku) w przypadku złożonych geometrii.
Struktura wewnętrzna
Tytan odlewniczy (w tym tytan czysty komercyjnie i stopy takie jak GR.5) ma grubą, kierunkową mikrostrukturę, w której dominują ziarna kolumnowe lub równoosiowe, z wysokim stopniem segregacji pierwiastków stopowych (np. Al i V w GR.5) na granicach ziaren. Struktura as-odlewana często zawiera defekty odlewnicze, takie jak porowatość skurczowa, pory gazowe (H₂, N₂) i wtrącenia nie-metaliczne (TiO₂). W przypadku stopów +, takich jak GR.5, mikrostruktura odlewu-jest głównie lamelarna + (struktura Widmanstättena), bez znaczącego rozdrobnienia ziarna lub rozwoju tekstury.
Gęstość
Teoretyczna gęstość tytanu wynosi 4,51 g/cm3, ale tytan odlewany magęstość względna 95–98%ze względu na wrodzoną porowatość i wady skurczowe. Poważne wnęki skurczowe lub duże pory mogą dodatkowo zmniejszyć gęstość do poniżej 95%, co prowadzi do koncentracji naprężeń i pogorszenia wydajności.
Właściwości mechaniczne
Siła i plastyczność: Odlew tytanowy ma niską wytrzymałość na rozciąganie-w temperaturze pokojowej (np.-odlew GR.5 ma wytrzymałość na rozciąganie 700–750 MPa, ~15% mniejszą niż kuty wyżarzany GR.5) i słabą plastyczność (wydłużenie 5–8%, mniej niż połowa gatunków kutych) z powodu grubych ziaren i segregacji. Jego granica plastyczności jest również niska (600–650 MPa) ze znaczną anizotropią spowodowaną kierunkowym krzepnięciem.
Wytrzymałość i zmęczenie: Odporność na pękanie-odlewu GR.5 wynosi tylko 30–40 MPa·m¹/² (w porównaniu z. 60 MPa·m¹/² dla materiału kutego), a wytrzymałość zmęczeniowa (10⁷ cykli) wynosi 200–250 MPa (37–50% mniej w porównaniu z gatunkami kutymi), ponieważ defekty działają jako miejsca inicjacji pęknięć.
Wydajność w wysokich-temperaturach: Struktura lamelarna zapewnia umiarkowaną odporność na pełzanie w temperaturze 300–400 stopni, ale ogólna-wytrzymałość w wysokich temperaturach jest gorsza niż w przypadku tytanu kutego ze względu na niskie zagęszczenie.
Zasada: Kęsy tytanu poddawane są odkształceniu plastycznemu w wysokiej-temperaturze (poniżej -transus dla + stopów) poprzez kucie młotkowe lub tłoczenie, co powoduje rozbicie grubych ziaren odlewu i utworzenie zdeformowanej mikrostruktury.
Struktura wewnętrzna
Kuty tytan marafinowany, zdeformowany + mikrostrukturaz kierunkowym przepływem ziaren (tekstura włóknista) wzdłuż kierunku kucia. Struktura as-kuta eliminuje wady odlewu (porowatość, segregację) i rozkłada grube ziarna lamelarne na ziarna równoosiowe lub bimodalne + (w zależności od temperatury kucia i szybkości chłodzenia). W przypadku GR.5 wyżarzanie po kuciu daje jednolitą strukturę równoosiową + o wielkości ziaren 5–10 μm (w porównaniu z. 50–100 μm w przypadku-odlewanego materiału).
Gęstość
Kucie eliminuje pory wewnętrzne i zagęszcza materiał, w wyniku czego:gęstość względna Większa lub równa 99,5%, zbliżona do teoretycznej gęstości tytanu. Zagęszczenie zapewnia brak wewnętrznych pustek, które mogłyby powodować koncentrację naprężeń.
Właściwości mechaniczne
Siła i plastyczność: Kuty i wyżarzany GR.5 ma wytrzymałość na rozciąganie 860–900 MPa, granicę plastyczności 800 MPa i wydłużenie 10–15%, co stanowi zrównoważone połączenie wysokiej wytrzymałości i plastyczności. Kierunkowy przepływ ziaren prowadzi do umiarkowanej anizotropii (wytrzymałość wzdłuż kierunku kucia jest o 5–10% większa niż w kierunku poprzecznym).
Wytrzymałość i zmęczenie: Odporność na pękanie osiąga 55–65 MPa·m¹/², a wytrzymałość zmęczeniowa 10⁷-cykli wynosi 350–400 MPa, czyli jest znacznie wyższa niż w przypadku odlewanego tytanu, ze względu na rozdrobnienie ziarna i eliminację defektów.
Wydajność w wysokich-temperaturach: Bimodalna mikrostruktura kutego GR.5 zapewnia doskonałą odporność na pełzanie w temperaturze 300–400 stopni (odkształcenie pełzające<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
Zasada: Wlewki lub kęsy tytanu są przetwarzane poprzez walcowanie na gorąco/zimno w celu wytworzenia arkuszy, płyt lub pasków, przy czym odkształcenie plastyczne występuje wzdłuż kierunku walcowania, tworząc spłaszczoną, teksturowaną mikrostrukturę.
Struktura wewnętrzna
Walcowany na gorąco tytan-marekrystalizowany równoosiowy + mikrostrukturaz ziarnami wydłużonymi wzdłuż kierunku walcowania (tworząc teksturę walcowania). Tytan-walcowany na zimno (przed wyżarzaniem) ma zdeformowaną,-utwardzoną strukturę o dużej gęstości dyslokacji; wyżarzanie po walcowaniu na zimno rozdrobnia ziarna do 3–5 μm (drobniejsze niż kuty tytan). W przypadku arkuszy GR.5 walcowana struktura ma silną teksturę podstawową, co prowadzi do znacznej anizotropii pod względem odkształcalności i właściwości mechanicznych.
Gęstość
Walcowanie osiąga pełne zagęszczenie przygęstość względna Większa lub równa 99,8%, ponieważ ciągłe odkształcenie ściskające eliminuje porowatość resztkową i zapewnia równomierne upakowanie materiału. Walcowanie na zimno dodatkowo poprawia gęstość poprzez zmniejszenie szczelin międzykrystalicznych.
Właściwości mechaniczne
Siła i plastyczność: 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), ale niską ciągliwość (wydłużenie<5%) due to work hardening.
Wytrzymałość i zmęczenie: Odporność na pękanie walcowanego GR.5 wynosi 50–60 MPa·m¹/² (nieco niższa niż gatunki kute ze względu na anizotropię-indukowaną teksturą), podczas gdy wytrzymałość zmęczeniowa wynosi 380–420 MPa (wyższa niż w przypadku materiału kutego ze względu na drobniejszy rozmiar ziarna i gładkie wykończenie powierzchni).
Formowalność: Arkusze walcowane charakteryzują się doskonałą odkształcalnością na zimno (np. zginanie, tłoczenie) wzdłuż kierunku walcowania, ale odkształcalność jest słaba w kierunku poprzecznym ze względu na mocną teksturę, co ogranicza ich zastosowanie w elementach-o skomplikowanych kształtach.
Zasada: Proszek tytanu (wytwarzany metodą atomizacji gazu lub metodą-bezwodnika wodorkowego (HDH)) jest zagęszczany i spiekany w wysokich temperaturach w celu utworzenia w pełni gęstych składników, co umożliwia wytwarzanie kształtu zbliżonego do-net-i kontrolę mikrostruktury.
Struktura wewnętrzna
Tytan PM majednolita, drobno-ziarnista mikrostruktura równoosiowa(wielkość ziarna 2–5 μm) bez kierunkowej tekstury i segregacji, ponieważ cząstki proszku ulegają całkowitej rekrystalizacji podczas spiekania. W przypadku PM GR.5 mikrostruktura jest jednorodną matrycą z równomiernie rozmieszczonymi drobnymi cząstkami -fazowymi. Jednakże resztkowe pory (mniejsze lub równe 1% ułamka objętościowego) i niewielkie wtrącenia tlenkowe (pochodzące z utleniania powierzchni proszku) mogą pozostać na granicach ziaren.
Gęstość
Gęstość tytanu PM zależy od parametrów spiekania: tytan PM spiekany próżniowo ma agęstość względna 98–99,5%, podczas gdy prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP) po-obróbce może zwiększyć gęstość do wartości większej lub równej 99,8%, odpowiadającej poziomowi tytanu kutego. Proszek HDH (o nieregularnym kształcie) ma niższą gęstość niż proszek-atomizowany gazem (kształt kulisty) ze względu na słabą wydajność upakowania.
Właściwości mechaniczne
Siła i plastyczność: Spiekany PM GR.5 ma wytrzymałość na rozciąganie 800–850 MPa, granicę plastyczności 750–780 MPa i wydłużenie 8–12% (nieco mniejsze niż gatunki do obróbki plastycznej ze względu na porowatość szczątkową). PM GR.5 poddany obróbce HIP- osiąga wytrzymałość na rozciąganie 850–900 MPa i wydłużenie 10–15%, porównywalną z kutym tytanem.
Wytrzymałość i zmęczenie: Odporność na pękanie PM GR.5 wynosi 45–55 MPa·m¹/² (niższa niż materiał kuty plastycznie ze względu na wtrącenia tlenkowe), a wytrzymałość zmęczeniowa wynosi 300–350 MPa (zwiększona do 380–400 MPa za pomocą HIP). Drobno-ziarnista struktura zapewnia tytanowi PM doskonałą odporność na zużycie, przewyższającą odporność gatunków kutych.
Koszt i dostosowanie: PM umożliwia produkcję złożonych komponentów przy minimalnych stratach materiału, ale utlenianie proszku i porowatość ograniczają jego zastosowanie w-wymagających dużym zmęczeniu zastosowaniach lotniczych i kosmicznych, dzięki czemu nadaje się do komponentów przemysłowych i medycznych (np. implantów ortopedycznych) o umiarkowanych wymaganiach eksploatacyjnych.
