Graad 2 versus klasse 5 titanium: wat is beter voor uw toepassing?

Twee kwaliteiten, twee ontwerpdoelen

Graad 2 en Graad 5 zijn de twee meest gespecificeerde titaniummaterialen in de industrie, maar ze beantwoorden verschillende vragen. Graad 2 is commercieel zuiver titanium, UNS R50400, gekozen vanwege corrosieweerstand, vervormbaarheid en lasbaarheid tegen redelijke kosten. Graad 5 is Ti-6Al-4V, UNS R56400, een alfa-bèta-legering die is gekozen vanwege zijn hoge sterkte, weerstand tegen vermoeidheid en prestaties bij hoge temperaturen. Het juiste antwoord hangt geheel af van de vraag of de toepassing wordt gedomineerd door corrosie of door mechanische belasting.

Samenstelling en microstructuur

Graad 2 is in wezen puur titanium met gecontroleerde onzuiverheden: zuurstof tot 0,25 procent, ijzer tot 0,30 procent en een minimaal titaniumgehalte van 99,2 procent. De eenfasige alfamicrostructuur- maakt het zacht, ductiel en gemakkelijk te vormen en te lassen. Graad 5 voegt 5,5 tot 6,75 procent aluminium en 3,5 tot 4,5 procent vanadium toe, waardoor een twee-fasige-bèta-microstructuur ontstaat die met hitte-kan worden behandeld. Aluminium verhoogt de sterkte en kruipweerstand; vanadium behoudt de verwerkbaarheid en maakt uitharding en veroudering mogelijk. De legeringselementen zijn de reden dat klasse 5 bijna drie keer de treksterkte van klasse 2 bereikt.

Mechanische eigenschappen vergeleken

De treksterkte van klasse 5 van ongeveer 895 MPa is grofweg 2,5 maal de 345 MPa van klasse 2, en de bruikbare sterkte blijft op ongeveer 400 graden Celsius, tegenover ongeveer 300 graden Celsius voor klasse 2. Deze hogere sterkte gaat gepaard met een lagere ductiliteit, hogere bewerkingskosten en strengere lascontrole.

Corrosiebestendigheid

Beide kwaliteiten vormen een stabiele, zelfherstellende titaniumoxidefilm en zijn bestand tegen zeewater, chloriden, oxiderende zuren en de meeste industriële chemicaliën. De hogere zuiverheid van klasse 2 geeft het een lichte voorsprong in de meest agressieve reducerende en hete chloride-omgevingen. Daarom zijn chemische procesleidingen en warmtewisselaarbuizen doorgaans klasse 2. klasse 5 is volledig geschikt voor maritieme en de meeste chemische toepassingen, maar in sterk reducerende media zoals heet zoutzuur wordt geen van beide kwaliteiten aanbevolen zonder palladiumstabilisatie. Bij natte assemblages zijn beide kwaliteiten kathodisch voor staal en aluminium en vereisen ze galvanische isolatie.

Biocompatibiliteit en medisch gebruik

Beide kwaliteiten zijn biocompatibel en worden gebruikt in medische apparaten. Commercieel zuiver titanium volgens ASTM F67, inclusief graad 2, wordt gebruikt voor tandheelkundige implantaten, maxillofaciale platen en fractuurfixatie waarbij ductiliteit en minimale afgifte van metaalionen van belang zijn. Graad 5, en vooral Graad 5 ELI volgens ASTM F136, heeft de voorkeur voor dragende implantaten zoals heupstelen, kniecomponenten en wervelkolomsystemen, omdat de hogere sterkte en weerstand tegen vermoeidheid ervoor zorgen dat implantaten tientallen jaren van cyclische belasting kunnen overleven. Het verminderde zuurstof- en ijzergehalte van de ELI-variant verbeteren de breuktaaiheid voor deze dienst.

Fabricage: lassen en machinaal bewerken

Graad 2 las gemakkelijk met ERTi-2 vulmiddel en argonafscherming; er is geen warmtebehandeling voorverwarmen of na-het lassen nodig, en de las is ductiel en corrosie-bestendig. Graad 5 lassen met ERTi-5 vulmiddel onder dezelfde strenge afscherming, maar de laszone is sterker, minder taai en vaak spanningsarm voor kritische constructies. Bij machinale bewerking is het beeld omgekeerd: klasse 2 snijdt gemakkelijk, terwijl de sterkte en lage thermische geleidbaarheid van klasse 5 snelle gereedschapsslijtage veroorzaken, waardoor de bewerkingskosten voor klasse 5-onderdelen aanzienlijk hoger zijn. Vervormen volgt dezelfde logica, waarbij klasse 2 geschikt is voor dieptrekken en zwaar buigen en klasse 5 beperkt is tot warm of warm vervormen voor complexe vormen.

Toepassingen en selectiebegeleiding

Selecteer klasse 2 voor chemische procesleidingen, warmtewisselaarbuizen, zeewaterleidingen, bleekinstallaties, architecturale bekleding en elk onderdeel waarvan de faalwijze corrosie is.

Selecteer klasse 5 voor vliegtuigconstructies, landingsgestellen, bevestigingsmiddelen, motoronderdelen, last-dragende implantaten, scheepsschroefassen, hoogwaardige- fietsframes en elk onderdeel waarvan de storingsoorzaak stress of vermoeidheid is.

Selecteer Graad 5 ELI (ASTM F136) voor chirurgische implantaten die maximale breuktaaiheid vereisen.

Wanneer het gewicht van belang is en de sterkte marginaal is, maakt de hogere specifieke sterkte van klasse 5 dunnere secties mogelijk; wanneer de omgeving domineert, winnen de lagere kosten van klasse 2.

Veelgestelde vragen

Wat is het belangrijkste verschil tussen titanium van klasse 2 en klasse 5?

Graad 2 is commercieel zuiver titanium met een treksterkte van ongeveer 345 MPa, maximale ductiliteit en lasbaarheid; Graad 5 is de Ti-6Al-4V-legering met een treksterkte van ongeveer 895 MPa, warmtebehandelbaarheid en capaciteit bij hogere temperaturen.

Welke titaniumkwaliteit heeft een betere corrosieweerstand?

Graad 2 heeft een klein voordeel omdat de hogere zuiverheid ervan betekent dat er minder legeringsplaatsen zijn voor plaatselijke aantasting, vooral in hete chloriden en reducerende media; beide zijn uitstekend in zeewater.

Is titanium van klasse 5 de extra kosten waard?

Ja, als het ontwerp beperkt is- of vermoeiing-: de 2,5 keer hogere sterkte maakt dunnere, lichtere secties en gebruikstemperaturen tot 400 graden Celsius mogelijk; anders is klasse 2 de economische keuze.

Kan titanium van klasse 2 worden gebruikt voor medische implantaten?

Ja, klasse 2 conform ASTM F67 wordt gebruikt voor tandheelkundige en orthopedische fixatiemiddelen; Graad 5 ELI volgens ASTM F136 heeft de voorkeur voor dragende implantaten.

Is klasse 5 moeilijker te lassen dan klasse 2?

Ja. Graad 5 vereist dezelfde argonafscherming, maar produceert een sterkere, minder ductiele laszone, en kritische constructies hebben vaak na- lasspanningsverlichting nodig; Graad 2-lassen zijn ductiel zoals-gelast.

Welke kwaliteit is beter voor gebruik bij hoge- temperaturen?

Graad 5, dat een bruikbare sterkte behoudt tot ongeveer 400 graden Celsius, tegenover ongeveer 300 graden Celsius voor Graad 2; voor kruip-beperkte werking boven 450 graden Celsius zijn bijna-alfa-legeringen zoals Ti-6242 vereist.