Grade 1 vs Grade 2 Titanium: Sammensætning, styrke og formbarhed

To kommercielt rene kvaliteter, en kemifamilie

Grade 1 og Grade 2 titanium sidder begge inden for den kommercielt rene (CP) familie defineret af ASTM B265 for plade, strimmel og plade og af ASTM B348 for bar og billet. Ingen af ​​kvaliteterne er bevidst legeret, og den vigtigste forskel mellem dem er, hvor meget ilt møllen efterlader i metallet. Det ene interstitielle element styrer udbyttestyrken, arbejds-hærdningshastigheden, den minimale bøjningsradius, som en producent kan nå, og mængden af ​​tilbagespring, der skal kompenseres for i en kantpresse eller en formningsmatrice.

Fordi begge kvaliteter deler det samme hexagonale tæt-pakkede krystalgitter, den samme densitet på 4,51 g/cm3 og den samme selv-reparerende oxidfilm, behandles de ofte som udskiftelige på tegninger. I praksis spilder navngivning af den forkerte kvalitet enten budget på styrke, som komponenten aldrig bruger, eller giver revner i dybtrukne-kopper, tynde-vægrør og stramt bøjede beslag.

Grænseværdier for kemisk sammensætning sammenlignet

Tabel 1 viser de maksimalt tilladte elementniveauer for de to kvaliteter under ASTM B265 og ASTM B348. Grad 2 tillader mere jern og mere ilt, hvilket er præcis det, der hæver dens styrke og sænker dens forlængelse.

Oxygen er en solid-opløsningsforstærker i alfa-titan: det forvrænger krystalgitteret og gør dislokationsbevægelser sværere. En stigning på 0,07 point i det maksimale iltniveau mellem grad 1 og grad 2 giver derfor en uforholdsmæssig ændring i mekanisk adfærd snarere end en marginal.

Mekaniske egenskaber side om side

Målt i forhold til de garanterede minimumsværdier tilbyder Grade 2 omkring 44 % mere trækstyrke og tæt på det dobbelte af flydespændingen af ​​Grade 1, og det giver kun afkald på fire procentpoints forlængelse for at nå dertil. Da de to kvaliteter har identisk tæthed, koster den ekstra styrke aldrig ekstra vægt, hvilket betyder noget i rotor-, fly- og chassisarbejde, hvor massebudgettet er fastsat på forhånd.

Formbarhed, svejse- og bearbejdningsadfærd

Klasse 1 er det blødeste kommercielt rene titanium i almindelighed og er det naturlige valg, når en del skal formes i stedet for at fyldes: dybe-trukne kopper, hydroformede sektioner, tynde-vægvarme-varmevekslerrør, ekspansionsbælge og komplekse en-afskærmede paneler. Dens høje forlængelse lader den acceptere stramme bøjningsradier, og den kræver mindre udglødning mellem-trin end grad 2.

Grad 1: minimum bøjningsradius typisk omkring 1,5 til 2 gange pladetykkelsen i udglødet tilstand.

Grad 2: minimum bøjningsradius typisk omkring 2 til 2,5 gange arktykkelsen, og det arbejde-hærder hurtigere, så progressive formningsoperationer kræver mere generøse radier eller yderligere udglødning.

Begge kvaliteter svejser rent med wolfram inert gas eller plasmametoder under fuld argonafskærmning, ved at bruge ERTi-1 eller ERTi-2 fyldstof til AWS A5.16; Grad 2 er den mere tilgivende af de to, fordi den er mindre følsom over for små varme-input variation.

Bearbejdning er sammenlignelig for de to kvaliteter, og begge klassificeres som vanskelige: lav varmeledningsevne koncentrerer varme ved skærkanten, og det lave elasticitetsmodul fremmer afbøjning og skravering. Skarpe, positive-hårdmetalværktøjer, stiv fastgørelse og generøs oversvømmelses- eller-højtrykskølevæske er standardpraksis.

Luftfartsservice og forhøjet temperatur

Hvad angår flyvehardware, er Grade 2 specificeret langt oftere end Grade 1. Typiske komponenter omfatter flyskrogbeslag og fittings, hydrauliske ledningsstøtter, motortilbehør, landings-detaljedele, fastgørelsesanordninger og konnektorbeslag. Årsagerne er den højere garanterede styrke, forudsigelige træthedsadfærd under cyklisk belastning og en stabil mikrostruktur, der holder sin stivhed op til ca. 300 grader C i kontinuerlig drift, som dækker de fleste flyskrog og-motorrumsmiljøer.

Grad 1 optræder i rumfart i en anden rolle: kanaler, varmeskjolde, ekspansionsfuger og shim eller tætningselementer, hvor overensstemmelse snarere end belastningskapacitet er designdriveren. Certificering for begge kvaliteter er normalt knyttet til ASTM B265 eller ASTM B348 med fuld varme-nummersporbarhed, og for implanterbar eller medicinsk-tilstødende hardware regulerer ASTM F67 de kommercielt rene sammensætningskrav.

Motorsport og generel fremstilling

Motorsport følger samme logik med en kortere designcyklus. Grad 1 bruges til udstødningssystemer, varmeskjolde, beskyttelsespaneler og hånd-fremstillet karrosseri, hvor duktilitet og svejsbarhed bestemmer resultatet. Grade 2 bruges til ophængningsarme, stolper, chassisbeslag, motorinteriør og høj-spændingsfastgørelsesanordninger, hvor flydestyrken betyder mere end evnen til at bøje.

Vægtfordelen er det kommercielle argument: Et Grade 2 opretstående eller ophængningsled bærer omkring 45% af massen af ​​en sammenlignelig stålkomponent ved tilsvarende stivhed, mens Grade 8.8 eller 10.9 stålfastgørelseselementer almindeligvis erstattes af Grade 2 titanium fastgørelseselementer for at spare masse på uafjerede steder.

Korrosionsbestandighed og miljømæssig ydeevne

Begge kvaliteter er afhængige af en passiv titaniumdioxidfilm på et par nanometer tyk, der gen-dannes øjeblikkeligt, når den bliver ridset i nærvær af ilt eller fugt. I praksis opfører de to kvaliteter sig næsten identisk i servicemiljøer:

Kontinuerlig nedsænkning i havvand og gentagen eksponering for salt-spray, uden gruber eller sprækkeangreb under normale forhold.

Klor-, hypochlorit- og chloridholdige-processtrømme i kemiske anlæg og afsaltningssystemer.

Oxiderende syrer og mildt reducerende medier, hvor den passive film opretholdes af de tilstedeværende oxiderende stoffer.

Industrielle og marine atmosfærer gennem årtier uden behov for beskyttelsesbelægning.

Tre grænser fortjener opmærksomhed under design. Titanium er ikke egnet til flussyre, koncentrerede varmereducerende syrer eller tør klor uden vand. Galvanisk kobling til kulstofstål eller rustfrit stål i et vådt miljø bør håndteres med isolering eller ved at undgå store katode-til-anodearealforhold. Og brintoptagelse ved forhøjet temperatur i nærvær af fugt kan sprøde tynde sektioner, hvorfor det maksimale brintniveau på 0,015 % er stramt kontrolleret i begge kvaliteter.

Sådan vælger du mellem klasse 1 og klasse 2

Vælg Grade 1, når formgivningsgrad, svejsbarhed eller slagtolerance styrer designet, eller når delen er et dæksel, skjold, kanal eller pakning med lille strukturel belastning.

Vælg Grade 2, når delen bærer en strukturel belastning, når udmattelseslevetid skal påvises, eller når en lettere vægtykkelse kan opnås med den højere flydespænding.

Bliv ved den karakter, der er angivet på den frigivne tegning, når kvalifikationstest og svejseprocedurer er blevet godkendt; skift mellem de to kvaliteter ændrer svejseprocedurekvalifikationen og kræver nogle gange gen-certificering af den færdige del.

Brug aldrig de to kvaliteter i flæng i medicinske komponenter eller trykudstyr, hvor design tilladte er bundet til den specifikke specifikation og kvalitet.

Ofte stillede spørgsmål

Q: Hvad er den største forskel mellem Grade 1 og Grade 2 titanium?
Iltindhold. Grad 1 er begrænset til 0,18 % oxygen og grad 2 til 0,25 %, hvilket gør grad 2 omkring 44 % stærkere i spænding og omtrent dobbelt så stærk ved udbytte, mens grad 1 bevarer højere forlængelse og dannes lettere.

Q: Er Grade 1 og Grade 2 titanium samme vægt?
Ja. Begge har en densitet på 4,51 g/cm3 og det samme elasticitetsmodul på omkring 102 GPa, så skift af kvaliteter ændrer styrke og duktilitet, men ikke massen af ​​en identisk del.

Spørgsmål: Kan klasse 1 og klasse 2 svejses til hinanden?
Ja. Begge er alfa-titanium med sammenlignelig svejseadfærd, og en grad 2 fyldtråd til AWS A5.16 bruges normalt til at forbinde dem, forudsat at proceduren er kvalificeret til den tyndere eller mere tilbageholdende af de to materialer.

Q: Hvilken kvalitet er mere korrosionsbestandig?
I havvand, klorider og de fleste industrielle atmosfærer er forskellen ubetydelig, fordi begge afhænger af den samme passive oxidfilm. Hvor korrosionsgodtgørelse driver vægtykkelsen, vælges Grade 1 ofte for at opnå en lille mængde ekstra duktilitet og lavere omkostninger.

Q: Hvilken karakter er bedre til dyb tegning?
Grad 1. Dens højere forlængelse på 24 % minimum og lavere flydespænding tillader dybere træk og snævrere bøjningsradier før revner, og den har normalt brug for færre mellemudglødninger end grad 2.

Q: Hvilke standarder dækker Grade 1 og Grade 2 mølleprodukter?
ASTM B265 og ASME SB-265 for plade, strimmel og plade, ASTM B348 for stang og barre, ASTM B337 for sømløse rør, ASTM B338 for svejste rør, ASTM B863 for tråd og ASTM F67 for medicinsk kvalitet af kommercielt rent titanium.

Q: Hvilken kvalitet skal bruges ved 300 grader C?
Grade 2 er det sædvanlige valg for kontinuerlig service ved den temperatur, fordi det bevarer nyttig styrke med en større margin end grad 1, selvom krybeadfærd og samlingsdesign stadig bør gennemgås for langtidsdrift.