Титан предел текучести: Механические свойства титана

Содержание

Механические свойства сплавов цветных металлов :: HighExpert.RU

Основные характеристики механических свойств сплавов цветных металлов

E — модуль упругости — коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и относительным удлинением;
G — модуль сдвига (модуль касательной упругусти) — коэффициент пропорциональности между касательным напряжением и относительным сдвигом;
μ — коэффициент Пуассона — абсолютное значение отношения поперечной деформации к продолной в упругой области;
σ_т — предел текучести (условный) — напряжение при котором остаточная деформация после снятия нагрузки составляет 0,2%;
σ_в — временное сопротивление (предел прочности) — прочность на разрыв;
δ — относительное удлинение — отношение абсолютного остаточного удлинения образца после разрыва к начальной расчётной длине;
твёрдость (HB, HRC, HV).

Механический свойства алюминиевых сплавов

Для обозначения состояний деформируемых сплавов приняты следующие обозначения: М — мягкий, отожжённый; П — полунагартованный; Н — нагартованный; Т — закалённый и естественно состаренный; Т1 — закалённый и искусственно состаренный на высокую прочность; Т2 — закалённый и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающему по сравнению с режимом Т1 более высокие значения вязкости разрешения и сопротивления коррозии под напряжением; Т3 — аналогично Т2 с улучшенными свойствами.

Буква «ч» в обозначении марки сплава указывает на повышенную чистоту сплава (по содержанию примесей). Деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Механические свойства алюминиевых деформируемых сплавов

E = 70…72 ГПа, G = 27…28 ГПа, коэффициент Пуассона μ = 0,31…0,33.

Система легирования	Сплав, состояние	Полуфабрикат	Предел прочности σ_в, МПа	Предел текучести σ_т, МПа	Твёрдость HB, МПа
Al — Mg	АМг5М	Пруток, штамповка	300	160	HB 650
Al — Mg	АМг6М	Поковка	300	150	—
Al — Mg	АМг6Н	Лист	400	300	—
Al — Cu	Д16 и Д16П	Лист	440	290	—
Al — Cu	Д16 и Д16П	Профили	420-500	400-440	—

Механические свойства титановых сплавов

Титан имеет следующие преимущества по сравнению с другими конструкционными металлами: малый удельный вес, высокие механические свойства в широком диапазоне температур, отсутствие хладноломкости и хорошую коррозионную стойкость. Прочностные и пластические свойства нелегированного титана определяются содержанием в нём примесей кислорода, азота и в меньшей степени углерода, железа и кремния. Особо прочный титан имеет предел прочности 251 МПа, предел текучести 104 МПа, относительное удлинение 72% (на расчетной длине 13 мм) при поперечном сужении 86,2%. По структуре

титановые сплавы можно разделить на четыре группы. 1) Сплавы с α-структурой, к которым относится технический титан и сплавы на его основе системы титан — алюминий. Кроме алюминия эти сплавы могут содержать нейтральные элементы, такие как, олово и цирконий. Достоинствами этих титановых сплавов является их отличная свариваемость плавлением, хорошая пластичность и высокая прочность при криогенных температурах. 2) Двухфазные сплавы с преобладанием α-структуры, содержащие примерно 2% элементов из группы β-стабилизаторов; данные сплавы имеют более высокую технологическую пластичность. 3) Двухфазные сплавы, содержащие более 2% β-стабилизаторов, обладают хорошей пластичностью после отжига или закалки и высокой прочностью после закалки и старения.

Свариваются хуже, чем сплавы первых двух групп, после сварки необходим отжиг, который можно совместить с режимом старения. Эти титановые сплавы имеют более высокую прочность при комнатной и повышенных температурах, чем сплавы первых двух групп. 4) Сплавы с преобладанием β-структуры благодаря кубической решётке очень пластичны при комнатной температуре, мало уступая техническому титану. Другим преимуществом сплавов этой группы является возможность достижения чрезвычайно высокого уровня прочности путём термической обработки.

E = 110…120 ГПа, G = 42…45 ГПа, коэффициент Пуассона μ = 0,31…0,34.

Система легирования	Сплав	Полуфабрикат	Предел прочности σ_в, МПа	Предел текучести σ_т, МПа
ВТ1-1	99,04% Ti	Сплав малой прочности после отжига.	450-600	380-500
Ti — Al	ВТ5	Среднепрочный сплав после отжига.	750-950	650-700
Ti — Al — V	ВТ6	Высокопрочный сплав после закалки и старения.	1150	1050

Механический свойства медных сплавов

Медные сплавы разделяются на две основные группы: латуни и бронзы.
Латуни — сплавы, легированные цинком. Различают простые и специальные латуни. Простые латуни (двойные сплавы) маркируют буквой Л, за которой следует содержание меди в процентах. В обозначении специальных латуней после буквы Л следуют заглавные буквы легирующих элементов и содержание меди в процентах, затем через тире — процентное содержание каждого легирующего элемента.
Бронзы — сплавы, легированные различными элементами за исключением цинка. Маркируют бронзы буквой Бр, в остальном повторяется система маркировки латуней.

Сплавы, в которых основным легирующим элементом является никель, именуются медно-никелевыми и имеют специальные названия.

Деформируемые медные сплавы поставляются в мягком (отожженном и закаленном), полутвердом (обжатие 10-30%), твердом (обжатие 30-50%) и особо твердом (обжатие более 60%) состояниях.
Сплавы на основе олова или свинца — баббиты, маркируются буквой Б, за которой следует цифра, обозначающая содержание олова в сплаве.

Механические свойства деформируемых латуней

E = 105…115 ГПа.

Тип латуни	Марка латуни	Состояние	Предел прочности σ_в, МПа	Предел текучести σ_т, МПа	Относительное удлинение δ, %	Твёрдость HB, МПа
Простая	Л96, Л90	Мягкое состояние	240-260	120	50	HB 550
Простая	Л96, Л90	Твёрдое состояние	450-470	400	2,5	HB 1350
Алюминиевая	ЛАЖ60-1-1	Мягкое состояние	450	200	50	HB 550
Алюминиевая	ЛАЖ60-1-1	Твёрдое состояние	700	—	8	HB 1700
Оловянистая	ЛО90-1	Мягкое состояние	240-260	85	45	HB 570
Оловянистая	ЛО90-1	Твёрдое состояние	520	450	4,5	HB 1450
Свинцовая	ЛС74-3, ЛС64-2, ЛС63-3	Мягкое состояние	300-400	120	40-60	HB 500-700
Свинцовая	ЛС74-3, ЛС64-2, ЛС63-3	Твёрдое состояние	550-700	500	2-6	HB 1000-1200
Свинцовая	ЛС59-1	Мягкое состояние	400	140	45	HB 900
Свинцовая	ЛС59-1	Твёрдое состояние	650	450	16	HB 1400

Механические свойства деформируемых бронз

E = 92. ..130 ГПа.

Бронза	Состояние	Предел прочности σ_в, МПа	Предел текучести σ_т, МПа	Относительное удлинение δ, %	Твёрдость HB, МПа
БрАМц9-2	Мягкое состояние	450	200	30	HB 1100
БрАМц9-2	Твёрдое состояние	800	500	4	HB 1800
БрАЖ9-4	Мягкое состояние	450	220	40	HB 1100
БрАЖ9-4	Твёрдое состояние	700	350	4	HB 2000

Механические свойства медно-никелевых сплавов

E = 120…145 ГПа.

Название	Сплав	Состояние	Предел прочности σ_в, МПа	Относительное удлинение δ, %
Мельхиор	МНЖМц30-0,8-1	Мягкое состояние	400	45
Мельхиор	МНЖМц30-0,8-1	Твёрдое состояние	600	4
Мельхиор	МН19	Мягкое состояние	350	40
Мельхиор	МН19	Твёрдое состояние	550	4
Копель	МНМц43-0,5	Мягкое состояние	420	38
Копель	МНМц43-0,5	Твёрдое состояние	650	3,5
Константант	МНМц40-1,5	Мягкое состояние	430	28
Константант	МНМц40-1,5	Твёрдое состояние	670	2,5

Свойства чистого титана — Энциклопедия по машиностроению XXL

Отличительными особенностями титана и его сплавов являются хорошие механические свойства, малая плотность, высокие удельная прочность, хорошие технологические свойства и отличная коррозионная стойкость.

Физические свойства чистого титана приведены в 1.2. [c.407]

Основные свойства чистого титана предел прочности 42— 54 кгс/ж.и , удлинение 15—30%- [c.365]

Некоторые физические и механические свойства чистых титана, алюминия, магния, железа, меди и иикеля при 20 С [3], [9], [10] — [12] [c.6]

Химические свойства чистого титана [c.378]

Поэтому разработка и исследование новых эффективных методов, обеспечивающих повышение механических свойств коммерчески чистого титана является весьма актуальной задачей для медицинского материаловедения. [c.239]

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ ЧИСТОГО ТИТАНА [c.767]

Технологические свойства. Чистый титан хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии и удовлетворительно в холодном. Он легко прокатывается, куется, штампуется. Примеси С, О, Н и N резко снижают пластичность титана. Титан хорошо сваривается дуговой сваркой в аргоне или гелии. Получаемые сварные швы могут деформироваться в холодном состоянии. Обработка резанием затруднена из-за склонности к налипанию, низкой теплопроводности и плохих антифрикционных свойств титана. [c.530]

Присутствие даже небольших количеств этих элементов значительно повышает прочность металла и заметно снижает его пластичность при комнатной температуре. Физико-механические свойства технически чистого титана в сравнении с другими конструкционными металлами приведены в табл. 1.1. [c.7]

Титан и его сплавы широко применяются в качестве конструкционных материалов для изготовления аппаратов химических производств » Отечественной промышленностью выпускаются титановые сплавы в широком ассортименте для химического машиностроения предназначаются в первую очередь коррозионностойкий технически чистый титан ВТ1, а также сплавы титана с алюминием и добавками других легирующих элементов, например сплав ОТВ табл.

24 представлены химический состав, физические и механические свойства сплавов титана и сортамент полуфабрикатов из них . [c.62]

В табл. 5 приведены химический состав и механические свойства чистого (иодидного) титана, технического титана ВТ1-1, сплавов ВТ5 и ВТб. Из табл. 5 следует, что титан и его сплавы [c.27]

В табл. 12 приведены механические свойства при низких температурах технически чистого титана (0,05% О2 0,009% Н2 0,09% Ре 0,1% Мо), а-сплава, легированного алюминием, и -сплава, легированного алюминием, хромом и молибденом. Чистый титан и а-сплав имеют гексагональную плотно упакованную ре-36 [c.36]

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИОДИДНОГО И ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА [c.5]

Механические свойства титана зависят от наличия в твердом растворе небольших количеств кислорода и азота. Это позволяет производить ряд сортов технически чистого титана с различными механическими свойствами, необходимыми для тех конкретных целей, для которых предназначен данный материал. [c.188]

Изучение микроструктуры и свойств титана привлекает больи]ое внимание отечественных и зарубежных исследователей [1—5]. Как известно, титан является металлом, весьма активно взаимодействующим при нагреве с кислородом и азотом. Этим можно объяснить то обстоятельство, что наши попытки осуществить непосредственное наблюдение за изменением микроструктуры образцов чистого титана при протекании полиморфного превращения, происходящего при температуре около 890° [6], неизменно оканчивались неудачей при нагреве в вакууме 1 10 мм рт. ст. [c.199]

Механические свойства промышленно чистого титана при комнатной и повышенных температурах [c.879]

II. Механические свойства некоторых торговых марок чистого титана [Л. 68] [c.370]

Ниже приводятся механические и физические свойства технически чистого титана марки ВТ1, а также его химический тав . [c.13]

Выилавка слитков, а также изготовление поковок, листов, труб из сплава TiO,2Pd в настоящее время в СССР освоены ВИЛСом [209]. Из составленных технических условий и паспорта сплава TiO,2Pd, следует, что технология производства полуфабрикатов из этого сплава является аналогичной хорошо освоенной технологии, применяемой для титана марки ВТ1. Механические и с )изические свойства сплава TiO,2Pd соответствуют аналогичным свойствам чистого титана марки ВТ1 [209]. [c.250]

Механические свойства чистого титана следующие предел прочности 300 Мн1м , предел текучести 190 Мн/м , относительное удлинение 40%, твердость 73 НВ. Они зависят от степени чистоты титана. [c.104]

Механические свойства чистого титяна, полученные на плоских образцах, вырезанных из отожженных листов [c.761]

Механические свойства нелегированного титана. Прочностные и пластические свойства нелегированного титана определяются содержанием в нем примесей кислорода, азота и в меньшей степени углерода, железа и кремния. Особо чистый титан, полученный путем термической диссоциации его летучих соединений с йодом (йодидный титан), имеет предел прочности 25,6 кПмм , предел текучести (0,2%) 10,6 кПмм , относительное удлинение 72% (на расчетной длине 13 мм), поперечное сужение 86,2%. Содержание примесей в этом металле не превышало следующих пределов 0,01% Н, 0,001% N, 0,03% С, [c.180]

Рассмотрим в качестве примера некоторые свойства четыреххлористого титана — характерного представителя изодесмических ионных теплоносителей. Это жидкость с сильным запахом и дымящая на воздухе. При отсутствии контакта с водой это устойчивое вещество. Его пары незначительно диссоциируют до температур порядка 2000° С. При температурах до 800—900° С не обнаружено взаимодействия с железом. Технология производства чистого продукта несложна, сырье широко распространено в природе. Детальное исследование этого вещества выявит степень его пригодности для энергетических установок. [c.57]

Чистый ковкий ванадий лишь сравнительно недавно стали получать в количествах нескольких сот килограммов в сутки, и возможности его применения в различных областях ен ,е недостаточно изучены. Ванадий представляет интерес как материал для ядерных реакторов на быстрых нейтронах, так как он обладает малым поперечным сечением захвата нейтронов, малым поперечным сечением неупругого рассеяния нейтронов, большой прочностью при повышенных температурах и высокой теплопроводностью. Ванадиевая фольга применяется в качестве подслоя между стальными и титановыми листами при упаковке чистого титана в стальную обаючку. Применение ванадия благодаря его уникальным свойствам в специальных областях вместо других металлов ограничивается его высокой стоимостью, и он применяется лишь в тех случаях, когда его нечем [c.120]

У технически чистого титана в отличие от некоторых сплавов Р-фаза не сохраняет устойчивости при охлаждении до комнатной температуры. При быстром охлаждении она превращается в значительной степени в структуру мартенситного типа —а -фазу или титановый мартенсит5>. Этот мартенсит имеет мало общего по своим свойствам с соответствующей структурой стали, Он лишь несколько прочнее и тверже а-титана. [c.101]

Основные физико-механические и технологические свойства титана и титановых сплавов. В Советском Союзе освоено производство технически чистого титана ВТ—1 и его сплава ОТ—4 из титановой губки, получаемой магнийтермическим способом.

[c.34]

В [346] исследовали влияние обработки поверхности и микропримесей железа и кислорода на Епо технически чистого титана в бромидах. Получены неоднозначные результаты. При низких температурах увеличение содержания Fe приводит к снижению Япо- Однако при высоких температурах этот эффект перекрывается формированием толстой оксидной пленки, защитные свойства которой возрастают при увеличении содержания кислорода в сплаве. [c.130]

Несмотря на столь неблагоприятное для титана соотношение стоимостей, применение его во многих случаях оказывается экономически более выгодным, чем применение других менее прочных и менее коррозионно стойких материалов. Дело в том, что титан обладает малой плотностью (4,5), занимающей среднее положение между алюминием и железом. При этом прочность и твердость его выше, чем у железа, алюминия, магния. А особенно высока прочность, отнесенная к плотности (удельная прочность). В сплавах на титановой основе показатели прочности еще более возрастают. Поэтому расход металла на изг отов-ление изделий из титана и трудоемкость меньше, чем при производстве стальных, отходы металла по весу также меньше. Если учесть все эти факторы, то детали из такого дорогого металла могут конкурировать с изготовляемыми из более дешевых материалов. Из важнейших свойств титана следует отметить способность его и титановых сплавов сохранять при высоких температурах, доходящих до 540°С (813° К), такую же прочность, как и при комнатных. Показатели механической прочности чистого титана не особенно высоки, но чрезвычайно возрастают с введением в его состав легирующих добавок. В этом случае величины удельной прочности оказываются намного выше, чем у сплавов на железной основе. Это видно из рис. 25, где дано сравнение удельной прочности титанового сплава ВТЗ-1 и важнейших конструкционных материалов. [c.78]

Технический титан обладает значительно большей прочностью по сравнению с иодидиым из-за упрочняющего действия примесей. В табл. 2 и 3 приведены химический состав и механические свойства технически чистого титана. [c.17]

Е, К. х о1чанова [4 ] приводит данные С Г, Глазунова по механическим свойствам сплавов системы Т1— 2г от чистого титана до чистого циркония. Предел нроч ностн сплавов повышается от 35,3 кгс/мм для чистого титана до 90 кгс/мм при 60% (по массе) 2г и затем уменьшается до 41,8 кгс/мм для чистого циркония. [c.77]

Физико-механические свойства технически чистого титана и некоторых конструкционных металлов и сплввов [ 4, 15] [c.7]

Важнейшие свойства титана — высокая прочность (предел прочности чистого титана достигает 70 кг1мм ), небольшой удельный вес (4,5) и высокое сопротивление коррозии. Ответственные конструкции изготовляют главным образом из сплавов титана и частично из технического титана, который в отличие от чистого титана содержит некоторые примеси. Предел прочности сплавов титана с железом, хромом, марганцем, алюминием, молибденом может доходить до 140 кг/мм . Большое достоинство технического титана в том, что он, как и аустенит-ные стали, сохраняет высокую ударную вязкость при низких температурах. [c.244]

Свойства чистого дуктильного титана [c.370]

В табл. 7-2-1, II сопоставлены механические свойства чистого пластичного титана, полученного различными способами в табл. 7-2-1, II приведены ашалогачные данные для торговых нелегированных марок Т1. Физические свойства указаны в табл. [c.374]

Марочник стали и сплавов — Титан, сплав титана ВТ16 : химический состав и свойства

Марочник стали и сплавов — Титан, сплав титана ВТ16 : химический состав и свойства
На шаг назадВернуться в справочникНа главную
Материалы -> Титановый деформируемый сплав ИЛИ Материалы -> Титан, сплав титана-все марки

Марка	ВТ16
Классификация	Титановый деформируемый сплав
Применение	крепежные и резьбовые детали, работающие при температуре до 350° ; класс по структуре α+β

Химический состав в % материала ВТ16

Fe	C	Si	Mo	V	N	Ti	Al	Zr	O	H	Примесей
до 0. 25	до 0.1	до 0.15	4.5 — 6.5	4 — 5.5	до 0.05	82.885 — 89.7	1.8 — 3.8	до 0.3	до 0.15	до 0.015	прочих 0.3

Примечание: Ti — основа; процентное содержание Ti дано приблизительно

Механические свойства при Т=20^oС материала ВТ16 .

Сортамент	Размер	Напр.	s_в	s_T	d₅	y	KCU	Термообр.
—	мм	—	МПа	МПа	%	%	кДж / м²	—
Лист тонкий			840-1250		12-22			Отжиг
Лист тонкий			1300-1400		5-6		500	Закалка и старение

Твердость материала ВТ16 после закалки и старения , Лист тонкий

HB 10^-1 = 302 — 415 МПа

Физические свойства материала ВТ16 .

T	E 10^{— 5}	a 10⁶	l	r	C	R 10⁹
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м³	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	1.1

Технологические свойства материала ВТ16 .

Свариваемость:

без ограничений.

Обозначения:

Механические свойства :
s_в	— Предел кратковременной прочности , [МПа]
s_T	— Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d₅	— Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y	— Относительное сужение , [ % ]
KCU	— Ударная вязкость , [ кДж / м²]
HB	— Твердость по Бринеллю , [МПа]

Физические свойства :
T	— Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E	— Модуль упругости первого рода , [МПа]
a	— Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20^o — T ) , [1/Град]
l	— Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	— Плотность материала , [кг/м³]
C	— Удельная теплоемкость материала (диапазон 20^o — T ), [Дж/(кг·град)]
R	— Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Свариваемость :
без ограничений	— сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая	— сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая	— для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг

Источник: http://www.splav-kharkov.com/

Титан и сплавы на его основе

Титан почти вдвое легче железа и в полтора раза тяжелее алюминия. Плотность титана составляет 4,5 г/см³. Использование титановых сплавов, обладающих высокой прочностью, в конструкциях судов и летательных аппаратов позволяет снизить их массу и, следовательно, улучшить тактико-технические данные.

Коррозионная стойкость титана в морской атмосфере и воде, а также в других агрессивных средах делает его незаменимым материалом в судостроении. Высокая коррозионная стойкость титана связана с его химической активностью. Находясь на воздухе, даже при обычной температуре, он стремится вступить в реакцию с кислородом, азотом и другими элементами. В результате интенсивного окисления на поверхности металла образуется тончайшая прочная пленка двуокиси титана, которая предохраняет его от разрушения вследствие коррозии, эрозии и кавитации. При нарушении целостности защитной пленки она самовосстанавливается. Благодаря защитной пленке титан не разрушается даже в азотной и хромовой кислотах, стоек в среде влажного хлора, в щелочах и расплаве ряда металлов. На него не действуют слабые растворы серной и соляной кислот, но при контакте с плавиковой, фосфорной, концентрированными серной и соляной кислотами он интенсивно корродирует из-за разрушения защитной окисной пленки.

Титан не магнитен, что позволяет использовать его сплавы для изготовления немагнитных корпусов изделий. Титан и титановые сплавы обладают высокой температурой плавления (1933 К) и жаростойкостью. Они сохраняют свои прочностные характеристики при длительной работе при температурах 573— 773 К, а при кратковременном воздействии — до 873—1073 К Это позволяет использовать их в энергетических установках и конструкциях, а также в трубопроводах для транспортирования сред с высокой температурой.

Большинство титановых сплавов являются хладостойкими. Они без заметного изменения прочностных и пластических свойств работают при отрицательных температурах. Благодаря этому титановые сплавы используются в криогенной технике и для изготовления конструкций, работающих в условиях Крайнего Севера.

Активное взаимодействие титана с кислородом, азотом, водородом и другими газами воздуха долгое время служило препятствием для получения титана из руд. С освоением вакуумной технологии обеспечено промышленное получение титана.

В промышленности для производства сплавов и как конструкционный материал широко используется технически чистый титан. Он содержит до 1 % примесей, неизбежно попадающих в расплав в процессе металлургического производства. Технически чистый титан относится к пластичным конструкционным материалам низкой прочности. Различные марки технического титана обладают практически одинаковыми физическими свойствами: низкими коэффициентом теплопроводности, коэффициентом линейного расширения и модулем нормальной упругости.

Таблица 8.5. Основные механические и физические свойства технически чистого титана
Показатели	Марка титана
Показатели	BT1-1	ВТ1-0	УТ1-00
Предел прочности σ_в, МПа	450—600	350—500	300—450
Условный предел текучести σ_0,2, МПа	380—500	300—420	250—380
Относительное удлинение δ, %	≥25	≥30
Примечание. Для приведенных трех марок титана модуль нормальной упругости. E=11·10⁶ МПа, коэффициент линейного расширения α = 8,3 · 10⁶ К^—1, коэффициент теплопроводности λ=15,7 Вт (м·К).

Механические свойства технического титана зависят от содержания примесей, особенно кислорода, азота и водорода (табл. 8.5). Повышение содержания кислорода на 0,05 % приводит к росту предела прочности примерно на 60 МПа, а повышение на 0,05% содержания азота — на 125 МПа. Несмотря на увеличение прочности титана, эти элементы относят к вредным примесям, поскольку превышение их содержания свыше установленных стандартами пределов приводит к резкой потере пластичности, повышает чувствительность металла к надрезам и охрупчиванию.

Пруток ВТ20

Марка титанового прутка	диаметр прутка титанового, мм	цена на титановые прутки, руб/кг
Титановый пруток ВТ20	25 мм	1375 руб/кг
Титановый пруток ВТ20	30 мм	1375 руб/кг
Титановый пруток ВТ20	35 мм	1375 руб/кг
Титановый пруток ВТ20	40 мм	1375 руб/кг
Пруток титановый ВТ20	42 мм	1375 руб/кг
Пруток титановый ВТ20	55 мм	1375 руб/кг
Пруток титановый ВТ20	80 мм	1375 руб/кг
Круг титановый ВТ20	100 мм	1375 руб/кг

Длину титанового проката выбранной Вами марки и диаметра уточняйте по телефону.

Химический состав титана ВТ-20 в %

железо Fe	углерод C	кремний Si	молибден Mo	ванадий V	азот N	титан Ti	алюминий Al	цирконий Zr	кислород O	водород H	Примеси
до 0.3	до 0.1	до 0.15	0.5-2	0.8-2.5	до 0.05	84.94 — 91.7	5.5 — 7	1.5-2.5	до 0.15	до 0.012	прочих 0.3

Титан ВТ-20. Механические свойства.

Марка титана	Предел кратковременной прочности титана ВТ-20, [МПа	Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации) титана ВТ-20, [МПа]	Относительное удлинение при разрыве титана ВТ-20, [ % ]	Относительное сужение титана ВТ-20, [ % ]	Ударная вязкость титана ВТ-20, [ кДж / м2]
Пруток титановый ВТ20	950-1150	840	10	25	450

Твердость титана ВТ20

Твердость по Бринеллю HB 10 — 1 = 255 — 341 МПа

«>

Альфа/бета титановый сплав с высокой прочностью и пластичностью

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка является заявкой-продолжением заявки, претендующей на приоритет согласно разделу 35 Кодекса законов США § 120, по совместно рассматриваемой заявке на патент США серийный №12/903851, поданной 13 октября 2010 г., под названием «Крепления и запасные крепления из альфа/бета титанового сплава с высокой прочностью», которая является заявкой-продолжением заявки, претендующей на приоритет согласно разделу 35 Кодекса законов США § 120, по совместно рассматриваемой заявке на патент США серийный №12/888699, поданной 23 сентября 2010 г., под названием «Крепления и запасные крепления из альфа/бета титанового сплава с высокой прочностью». Полное раскрытие заявок серийные №№12/903851 и 12/888699 включено здесь в качестве ссылок.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится к альфа/бета титановым сплавам с высокой прочностью и пластичностью.

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0003] Сплавы титана, как правило, обладающие высоким отношением предела прочности к массе, являются устойчивыми к коррозии и устойчивыми к ползучести при умеренно высоких температурах. По этой причине сплавы титана используются в аэрокосмической и авиационной технике, оборонной, морской и автомобильной отраслях, включая, например, элементы опоры шасси, рамы двигателей, пулестойкую броню, корпуса и механические крепления.

[0004] Уменьшение массы самолета или другого транспортного средства приводит к экономии топлива. Таким образом, например, это является мощным стимулом в аэрокосмической промышленности для уменьшения массы самолета. Титан и титановые сплавы являются привлекательными материалами для достижения снижения массы в авиационной отрасли, благодаря высокому отношению предела прочности к массе. Большинство деталей из титанового сплава, используемых в аэрокосмической отрасли, выполнены из сплава Ti-6AI-4V (ASTM Grade 5; UNS R56400; AMS 4928, AMS 4911), который является альфа/бета титановым сплавом.

[0005] Сплав Ti-6AI-4V является одним из наиболее широко известных конструкционных материалов на основе титана, на который, по оценкам, приходится более 50% всего рынка материалов на основе титана. Сплав Ti-6AI-4V используется во множестве отраслей, которые выигрывают от благоприятного сочетания в сплаве малой массы, коррозионной стойкости и высокой прочности при низких и умеренных температурах. Например, сплав Ti-6AI-4V используется для производства компонентов авиационных двигателей, конструкционных деталей самолетов, креплений, высокопроизводительных автомобильных компонентов, компонентов медицинского оборудования, спортивного оборудования, компонентов для применения на море и компонентов для химического технологического оборудования.

[0006] Холоднокатаный прокат из сплава Ti-6AI-4V, главным образом, используется в состоянии термической обработки для улучшения пластичности или в состоянии после обработки на твердый раствор и старения (STA). Использованные здесь термин «состояние термической обработки для улучшения пластичности» относится к состоянию титанового сплава после термической обработки «отжиг проката», при которой заготовка отжигается при повышенной температуре (например, 1200-1500°F / 649-816°С) в течение примерно 1-8 часов и охлаждается на спокойном воздухе. Термическая обработка для улучшения пластичности выполняется после термической обработки заготовки в области α+β фазы. Круглый прокат сплава Ti-6AI-4V, имеющий диаметр от 2 до 4 дюймов (от 5,08 до 10,16 см) в состоянии «термической обработки для улучшения пластичности» имеет минимальный заданный предел прочности при растяжении около 130 тыс.фунт. на кв.дюйм (896 МПа) и минимальный заданный предел текучести около 120 тыс.фунт. на кв.дюйм (827 МПа), при комнатной температуре. Плиты в состоянии после термической обработки для улучшения пластичности Ti-6AI-4V часто производят по техническим условиям AMS 4911, тогда как пруток в состоянии термической обработки для улучшения пластичности Ti-6AI-4V часто производят по техническим условиям AMS 4928.

[0007] Патент США №5980655 («патент ‘655»), который здесь включен в качестве ссылки во всей своей полноте, раскрывает альфа/бета титановый сплав, который включает в весовых процентах от 2,90 до 5,00 алюминия, от 2,00 до 3,00 ванадия, от 0,40 до 2,00 железа, от 0,20 до 0,30 кислорода, случайные примеси и титан.

Альфа/бета титановые сплавы, раскрытые в патенте ‘655, здесь упоминаются как «сплавы ‘655». Состав промышленного сплава в пределах сплава ‘655 номинально включает, в весовых процентах от общего веса сплава, 4,00 алюминия, 2,50 ванадия, 1,50 железа, 0,25 кислорода, случайные примеси и титан, и может упоминаться здесь как сплав Ti-4AI-2,5V-1,5Fe-0,250.

[0008] Вследствие трудности холодной обработки сплава Ti-6AI-4V, сплав, как правило, обрабатывается (например, подвергается ковке, прокатке, вытяжке, и пр.) при повышенных температурах, главным образом, выше температуры растворения α₂. Сплав Ti-6AI-4V не может эффективно подвергаться холодной обработке для увеличения прочности, вследствие, например, высокой степени трещинообразования (т.е., разрушения заготовки) в процессе холодной деформации. Однако, как описано в заявке на изобретение США №2004/0221929, которая здесь включена в качестве ссылки в полном объеме, удивительно и неожиданно открыто, что сплавы ‘655 имеют достаточную степень деформируемости/технологичности в холодном состоянии.

[0009] К удивлению, сплавы ‘655 могут подвергаться холодной обработке для достижения высокой прочности наряду с сохранением технологичного уровня пластичности. Технологичный уровень пластичности здесь определяет состояние, при котором сплав имеет относительное удлинение больше чем 6%. Кроме того, прочность сплавов ‘655 сравнима с той, которая может быть достигнута для сплава Ti-6AI-4V. Например, как показано в Таблице 6 патента ‘655, прочность на растяжение для сплава Ti-6AI-4V составляет 145,3 тыс.фунт. на кв.дюйм (1002 МПа), тогда как испытанные образцы сплава ‘655 имели прочность на растяжение в диапазоне 138,7-142,7 тыс.фунт. на кв.дюйм (956,3-983,9 МПа).

[0010] Требования к аэрокосмическим материалам 6946 В (AMS 6946 В) обуславливают более ограниченный диапазон химического состава, чем описано в формуле патента ‘655. Сплавы, обусловленные в AMS 6946B, сохраняют способность к деформации для более широкого диапазона пределов химического состава по патенту ‘655, но свойство механической прочности — на минимуме, допустимом условиями AMS 6946B, ниже, чем обусловленное для промышленного сплава Ti-6AI-4V. Например, согласно AMS-4911L, минимальная прочность при растяжении для плиты толщиной 0,125 дюйма (3,175 мм) сплава Ti-6AI-4V составляет 134 тыс.фунт. на кв.дюйм (923,9 МПа), и минимальный предел текучести составляет 126 тыс.фунт. на кв.дюйм (868,7 МПа). Для сравнения, согласно AMS 6946B, минимальная прочность при растяжении для плиты толщиной 0,125 дюйма (3,175 мм) сплава Ti-4AI-2,5V-1,5Fe-0,250 составляет 130 тыс.фунт. на кв.дюйм (896,3 МПа), и минимальный предел текучести составляет 115 тыс.фунт. на кв.дюйм (792,9 МПа).

[0011] Учитывая сохраняющуюся необходимость снижения потребления топлива за счет снижения массы самолетов и других транспортных средств, существует необходимость улучшения пластичного альфа/бета титанового сплава, который предпочтительно имеет механические свойства, сопоставимые или превосходящие те, что присущи альфа/бета титановому сплаву Ti-6AI-4V.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Согласно аспекту настоящего изобретения альфа/бета титановый сплав включает, в процентах от общего веса сплава: от 3,9 до 4,5 алюминия; от 2,2 до 3,0 ванадия; от 1,2 до 1,8 железа; от 0,24 до 0,30 кислорода; до 0,08 углерода; до 0,05 азота; до 0,015 водорода; титан; и в общей сложности до 0,30 других элементов.

[0013] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения альфа/бета титановый сплав включает, главным образом, в весовых процентах: от 3,9 до 4,5 алюминия; от 2,2 до 3,0 ванадия; от 1,2 до 1,8 железа; от 0,24 до 0,30 кислорода; до 0,08 углерода; до 0,05 азота; до 0,015 водорода; титан; и в общей сложности до 0,30 других элементов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] Характеристики и преимущества сплава и связанных способов, раскрываемых здесь, будут лучше понятны благодаря ссылкам на прилагаемые чертежи, в которых:

[0015] Фиг. 1 — график предела прочности при растяжении и предела текучести в зависимости от алюминиевого эквивалента для прутка и проволоки, включающий не имеющие ограничительного характера варианты сплавов в соответствии с настоящим изобретением;

[0016] Фиг. 2 — график предела прочности при растяжении и предела текучести в зависимости от алюминиевого эквивалента для проволоки диаметром 0,5 дюйма (1,27 см), включающий не имеющие ограничительного характера варианты сплавов в соответствии с настоящим изобретением; и

[0017] Фиг. 3 — график предела прочности при растяжении, предела текучести и относительного удлинения в зависимости от алюминиевого эквивалента для плиты толщиной 1 дюйм (2,54 см), включающий не имеющие ограничительного характера варианты сплавов в соответствии с настоящим изобретением.

[0018] Читатель по достоинству оценит описанные детали, а также другие, после рассмотрения последующего подробного описания некоторых вариантов сплавов и связанных способов, не имеющих ограничительного характера, в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ, НЕ ИМЕЮЩИХ ОГРАНИЧИТЕЛЬНОГО ХАРАКТЕРА

(0019] В настоящем описании, не имеющем ограничительного характера, иные, чем в функционирующих примерах, или, если не указано иное, все числа, выражающие количества или характеристики, следует понимать как корректируемые во всех примерах термином «около». Соответственно, если не указано иное, любые числовые параметры, изложенные в последующем описании, являются приблизительными и могут изменяться в зависимости от желаемых свойств, которые стремятся получить в этих материалах и по способам в соответствии с настоящим изобретением. Как минимум, а не как попытка ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр должен, по меньшей мере, толковаться в свете количества указанных значащих цифр, с применением обычных методов округления.

[0020] Любые патенты, публикации или другие материалы, раскрывающие информацию, которые считаются включенными в полном объеме или частично, в качестве ссылок, включены здесь лишь в степени, до которой включенная информация не противоречит существующим определениям, заявлениям или другим материалам, изложенным в данном описании. Таким образом, и до необходимой степени, раскрытие информации, изложенной в настоящем документе, заменяет собой любые противоречащие материалы, включенные здесь в качестве ссылки. Любой материал, или его часть, включенный здесь в качестве ссылки, но противоречащий существующим определениям, заявлениям или другим материалам, раскрывающим информацию, изложенную в настоящем документе, включен только до степени, в которой не возникают противоречия между включенным материалом и существующим материалом изобретения.

[0021] Не имеющие ограничительного характера альфа/бета титановые сплавы, в соответствии с настоящим изобретением, содержат, состоят, или, главным образом, состоят из (в весовых процентах): от 3,9 до 4,5 алюминия; от 2,2 до 3,0 ванадия; от 1,2 до 1,8 железа; от 0,24 до 0,30 кислорода; до 0,08 углерода; до 0,05 азота; до 0,015 водорода; титан; и в общей сложности до 0,30 других элементов. В некоторых, не имеющих ограничительного характера вариантах согласно настоящему изобретению, другие элементы, которые могут присутствовать в альфа/бета титановом сплаве (как часть среди других элементов, составляющих до 0,30 весовых процентов), включают один или несколько элементов из бора, олова, циркония, молибдена, хрома, никеля, кремния, меди, ниобия, тантала, марганца, иттрия и кобальта, и в некоторых, не имеющих ограничительного характера вариантах, уровень весового содержания каждого другого присутствующего элемента составляет 0,10 или меньше, но с двумя исключениями. Исключениями являются бор и иттрий, которые, присутствуя среди других элементов, представлены в отдельной концентрации — менее чем 0,005 весовых процента.

I. Состав сплава

[0022] Не имеющие ограничительного характера варианты сплавов в соответствии с настоящим изобретением включают титан, алюминий, ванадий, железо и кислород. Если в составе заявлены только легирующие элементы, обсуждаемые ниже, должно быть понятно, что остальное включает титан и случайные примеси.

А. Алюминий

[0023] Алюминий является элементом, упрочняющим альфа фазу в титановых сплавах. Диапазон содержания алюминия в не имеющих ограничительного характера альфа/бета титановых сплавах, в соответствии с настоящим изобретением, уже, чем диапазон содержания алюминия, раскрытый в патенте ‘655. Кроме того, минимальный уровень алюминия в соответствии с некоторыми, не имеющими ограничительного характера, сплавами, в соответствии с настоящим изобретением, больше, чем минимальный уровень, установленный в AMS 6946В. Было отмечено, что особенности состава позволяют сплаву более последовательно демонстрировать механические свойства, сопоставимые со сплавом Ti-6AI-4V. Минимальное содержание алюминия в альфа/бета титановых сплавах в соответствии с настоящим изобретением составляет 3,9 весовых процента. Максимальное содержание алюминия в альфа/бета титановых сплавах в соответствии с настоящим изобретением составляет 4,5 весовых процента.

В. Ванадий

[0024] Ванадий является элементом, стабилизирующим бета фазу в титановых сплавах. Минимальное содержание ванадия в альфа/бета титановых сплавах, в соответствии с настоящим изобретением, больше, чем минимальное содержание, раскрытое в патенте ‘655, и установленное в AMS 6946В. Было отмечено, что такие особенности состава обеспечивают оптимальное, контролируемое соотношение объемных долей альфа и бета фаз. Соотношение альфа и бета фаз создает сплав, в соответствии с настоящим изобретением, с замечательной пластичностью и способностью к деформации. Ванадий присутствует в альфа/бета титановых сплавах, в соответствии с настоящим изобретением, в минимальной концентрации 2,2 весовых процента. Максимальное содержание ванадия в альфа/бета титановых сплавах в соответствии с настоящим изобретением составляет 3,0 весовых процента.

С. Железо

[0025] Железо является элементом, стабилизирующим эвтектоидную бета фазу в титановых сплавах. Альфа/бета титановые сплавы в соответствии с настоящим изобретением включают большее минимальное содержание и более узкий диапазон содержания железа по сравнению со сплавом, раскрытым в патенте ‘655. Было отмечено, что данное свойство обеспечивает оптимальное, контролируемое соотношение объемных долей альфа и бета фаз. Соотношение создает сплавы, в соответствии с настоящим изобретением, с замечательной пластичностью и способностью к деформации. Железо присутствует в альфа/бета титановых сплавах, в соответствии с настоящим изобретением, в минимальной концентрации 1,2 весовых процента. Максимальное содержание железа в альфа/бета титановых сплавах, в соответствии с настоящим изобретением, составляет 1,8 весовых процента.

D. Кислород

[0026] Кислород является элементом, упрочняющим альфа фазу в титановых сплавах. Диапазон содержания кислорода в альфа/бета титановых сплавах, в соответствии с настоящим изобретением, меньше, чем диапазон, раскрытый в патенте ‘655, и установленный в AMS 6946B. Кроме того, минимальное содержание кислорода в не имеющих ограничительного характера вариантах сплавов, в соответствии с настоящим изобретением, больше, чем в патенте ‘655 и в технических условиях AMS 6946В. Было отмечено, что такие особенности состава позволяют сплаву, в соответствии с настоящим изобретением, последовательно демонстрировать механические свойства, сопоставимые с механическими свойствами сплава Ti-6AI-4V. Минимальное содержание кислорода в альфа/бета титановых сплавах в соответствии с настоящим изобретением составляет 0,24 весовых процента. Максимальное содержание кислорода в альфа/бета титановых сплавах в соответствии с настоящим изобретением составляет 0,30 весовых процента.

[0027] Дополнительно к включению титана, алюминия, ванадия, железа и кислорода, как обсуждалось ранее, некоторые, не имеющие ограничительного характера варианты альфа/бета титановых сплавов, в соответствии с настоящим изобретением, включают другие элементы в общей концентрации, не превышающей 0,30 весовых процента. В некоторых, не имеющих ограничительного характера вариантах, эти другие элементы включают в себя один или несколько элементов из ряда: бор, олово, цирконий, молибден, хром, никель, кремний, медь, ниобий, тантал, марганец, иттрий и кобальт, среди которых, за исключением двух, весовой процент каждого такого элемента составляет 0,10 или меньше. Исключениями являются бор и иттрий. В случае присутствия в сплавах, в соответствии с настоящим изобретением, весовой процент каждого из элементов, бора и иттрия, меньше чем 0,005.

[0028] В соответствии с настоящим изобретением в альфа/бета титановых сплавах могут, кроме того, присутствовать случайные примеси. Например, углерод может присутствовать в количестве до 0,008 весовых процентов. Азот может присутствовать в количестве до 0,05 весовых процентов. Водород может присутствовать в количестве до 0,015 весовых процентов. Другие возможные случайные примеси могут быть очевидны для специалистов в области металлургии.

[0029] В таблице 1 представлены сведения о составе (i) определенных, не имеющих ограничительного характера, вариантах альфа/бета титановых сплавов в соответствии с настоящим изобретением и (ii) определенных сплавах, раскрытых в патенте ‘655 и обусловленных в AMS 6946В.

Таблица 1
Составы сплавов
Легирующий элемент	Весовой процент
Не имеющие ограничительного характера варианты в соответствии с настоящим изобретением	Патент США 5980655	AMS 6946B
Алюминий	от 3,9 до 4,5	от 2,5 до 5,4	от 3,5 до 4,5
Ванадий	от 2,2 до 3,0	от 2,0 до 3,4	от 2,0 до 3,0
Железо	от 1,2 до 1,8	от 0,2 до 2,0	от 1,2 до 1,8
Кислород	от 0,24 до 0,30	от 0,2 до 0,3	от 0,20 до 0,30
Углерод	0,08 макс.	0,1 макс.	0,08 макс.

Азот	0,05 макс.	0,1 макс.	0,03 макс.
Водород	0,015 макс.	не указывается	0,015 макс.
другие элементы	0,10 макс. каждый, 0,30 макс. в сумме	0,10 макс. каждый, в общей сложности не указывается	0,10 макс. каждый, 0,30 макс. в общей сложности

[0030] Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что создание настоящего сплава с минимальными уровнями алюминия, кислорода и железа, большими, чем минимальные уровни, заданные в патенте ‘655, обеспечивает альфа/бета титановый сплав, который последовательно демонстрирует механические свойства, например, такие как прочность, по меньшей мере, сравнимые с определенными механическими свойствами сплава Ti-6AI-4V в состоянии после термической обработки для улучшения пластичности. Кроме того, авторы неожиданно обнаружили, что увеличение минимальных уровней и сужение диапазонов содержания железа и ванадия относительно минимальных уровней и диапазонов, раскрытых в патенте ‘655, создает сплавы, которые имеют оптимальное и контролируемое соотношение объемных долей альфа и бета фаз в состоянии термической обработки для улучшения пластичности. Такое оптимальное соотношение фаз в альфа/бета титановых сплавах в соответствии с настоящим изобретением создает варианты сплавов с улучшенной пластичностью по сравнению со сплавами Ti-6AI-4V, наряду с сохранением пластичности сплавов, раскрытых в патенте ‘655, и обусловленных в AMS 6946В.

[0031] Специалисту понятно, что прочность и пластичность металлических материалов, главным образом, имеет обратную зависимость. Иначе говоря, если прочность металлического материала увеличивается, его пластичность уменьшается. Сочетание увеличенной механической прочности и сохраненной пластичности в альфа/бета титановых сплавах в соответствии с настоящим изобретением было неожиданным, поскольку обратная зависимость между прочностью и пластичностью, как правило, наблюдается для титановых сплавов после термической обработки для улучшения пластичности. Неожиданное и удивительное сочетание увеличенной механической прочности и сохраненной пластичности является особенно выгодной характеристикой вариантов сплавов в соответствии с настоящим изобретением. С удивлением было отмечено, что варианты сплавов после термообработки для улучшения пластичности в соответствии с настоящим изобретением имеют прочность, сравнимую со сплавами Ti-6AI-4V, при этом не уменьшая пластичности.

[0032] Отмечалось, что некоторые, не имеющие ограничительного характера, варианты альфа/бета сплавов, в соответствии с настоящим изобретением, имеющие величину алюминиевого эквивалента (Al_eq) по меньшей мере на уровне 6,3 или больше, предпочтительно, по меньшей мере 6,4, имели прочность, по меньшей мере, сравнимую с прочностью сплавов Ti-6AI-4V. Кроме того, наблюдалось, что такие сплавы имели пластичность, превосходящую пластичность сплавов Ti-6AI-4V, которые обычно имеют величину алюминиевого эквивалента около 7,5. Использованный здесь термин «величина алюминиевого эквивалента» или «алюминиевый эквивалент» (Al_eq) означает: величина, равная содержанию алюминия в весовых процентах в сплаве, плюс десятикратное содержание кислорода в весовых процентах в сплаве. Иначе говоря, алюминиевый эквивалент сплава можно определить как: Al_eq=Al_(wt.%)+10(O_(wt.%)).

[0033] В то время как признано, что механические свойства титановых сплавов, большей частью, зависят от размера испытываемого образца, в не имеющих ограничительного характера вариантах, в соответствии с настоящим изобретением, альфа/бета титановый сплав включает алюминиевый эквивалент по меньшей мере на уровне 6,4 или в некоторых вариантах — в диапазоне от 6,4 до 7,2, и предел текучести по меньшей мере 120 тыс.фунт на кв.дюйм (827,4 МПа) или в определенном варианте — по меньшей мере 130 тыс.фунт на кв.дюйм (896,3 МПа).

[0034] В других, не имеющих ограничительного характера вариантах, в соответствии с настоящим изобретением, альфа/бета титановый сплав включает величину алюминиевого эквивалента на уровне по меньшей мере 6,4 или в некоторых вариантах — в диапазоне от 6,4 до 7,2, и предел текучести в диапазоне от 120 тыс.фунт на кв.дюйм (827,4 МПа) до 155 тыс. фунт на кв.дюйм (1069 МПа).

[0035] В других, не имеющих ограничительного характера вариантах, в соответствии с настоящим изобретением, альфа/бета титановый сплав включает величину алюминиевого эквивалента на уровне по меньшей мере 6,4 или в некоторых вариантах — в диапазоне от 6,4 до 7,2, и предел прочности при растяжении по меньшей мере 130 тыс.фунт на кв.дюйм (896,3 МПа), или в некоторых вариантах по меньшей мере 140 тыс.фунт на кв.дюйм (965,3 МПа).

[0036] В дополнительных, не имеющих ограничительного характера вариантах, в соответствии с настоящим изобретением, альфа/бета титановый сплав включает величину алюминиевого эквивалента на уровне по меньшей мере 6,4, или в некоторых вариантах — в диапазоне от 6,4 до 7,2, и предел прочности при растяжении в диапазоне от 130 тыс.фунт на кв.дюйм (896,3 МПа) до 165 тыс.фунт на кв. дюйм (1138 МПа).

[0037] В других, не имеющих ограничительного характера вариантах, в соответствии с настоящим изобретением, альфа/бета титановый сплав включает величину алюминиевого эквивалента на уровне по меньшей мере 6,4, или в некоторых вариантах — в диапазоне от 6,4 до 7,2, и пластичность по меньшей мере 12% или по меньшей мере 16% (относительное удлинение).

[0038] В других, не имеющих ограничительного характера вариантах, в соответствии с настоящим изобретением, альфа/бета титановый сплав включает величину алюминиевого эквивалента на уровне по меньшей мере 6,4, или в некоторых вариантах — в диапазоне от 6,4 до 7,2, и пластичность в диапазоне от 12% до 30% (относительное удлинение или «% удл»).

[0039] Тогда как в соответствии с некоторыми, не имеющими ограничительного характера, вариантами в соответствии с настоящим изобретением, 6,3 представляет собой абсолютную минимальную величину для Al_eq, изобретатели определили, что для достижения такой же прочности, которую имеет сплав T1-6AI-4V, требуется величина Al_eq по меньшей мере на уровне 6,4. Кроме того, очевидно, что в других, не имеющих ограничительного характера вариантах альфа/бета титанового сплава, в соответствии с настоящим изобретением, максимальная величина для Al_eq составляет 7,5, и что здесь применяется отношение прочности к пластичности в соответствии с другими, не имеющими ограничительного характера раскрытыми здесь вариантами.

[0040] В соответствии с не имеющим ограничительного характера вариантом, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, включает величину алюминиевого эквивалента на уровне по меньшей мере 6,4, предел текучести по меньшей мере 120 тыс.фунт на кв.дюйм (827,4 МПа), предел прочности при растяжении по меньшей мере 130 тыс.фунт на кв.дюйм (896,3 МПа), и пластичность по меньшей мере 12% (относительное удлинение).

[0041] В соответствии с другим, не имеющим ограничительного характера вариантом, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, включает величину алюминиевого эквивалента на уровне по меньшей мере 6,4, предел текучести по меньшей мере 130 тыс.фунт на кв.дюйм (896,3 МПа), предел прочности при растяжении по меньшей мере 140 тыс.фунт на кв.дюйм (965,3 МПа), и пластичность по меньшей мере 12%.

[0042] В еще одном, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, включает величину алюминиевого эквивалента в диапазоне от 6,4 до 7,2, предел текучести в диапазоне от 120 тыс. фунт на кв.дюйм (827,4 МПа) до 155 тыс.фунт на кв.дюйм (1069 МПа), предел прочности при растяжении в диапазоне от 130 тыс.фунт на кв.дюйм (896,3 МПа) до 165 тыс.фунт на кв.дюйм (1138 МПа), и пластичность в диапазоне от 12% до 30% (относительное удлинение).

[0043] В одном, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний предел прочности при растяжении (UTS), удовлетворяющий уравнению:

UTS≥14,767(Al_eq)+48,001.

[0044] В другом, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний предел текучести (YS), удовлетворяющий уравнению:

YS≥13,338(Al_eq)+46,864.

[0045] В еще одном, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет среднюю пластичность на уровне:

%el≥3,3669(Al_eq)-1,9417.

[0046] В еще одном, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний предел прочности при растяжении (UTS), удовлетворяющий уравнению:

UTS≥14,767(Al_eq)+48,001;

средний предел текучести (YS), удовлетворяющий уравнению:

YS>13,338(Al_eq)+46,864;

и среднюю пластичность, удовлетворяющую уравнению;

%е1>3,3669(Al_eq)-1,9417.

[0047] В одном, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний предел прочности при растяжении (UTS), удовлетворяющий уравнению:

UTS≥12,414(Al_eq)+64,429.

[0048] В другом, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний предел текучести (YS), удовлетворяющий уравнению:

YS≥13,585(Al_eq)+44,904.

[0049] В еще одном, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет среднюю пластичность на уровне:

%el≥4,1993(Al_eq)-7,4409.

[0050] В еще одном, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний предел прочности при растяжении (UTS), удовлетворяющий уравнению:

UTS≥12,414(Al_eq)+64,429;

средний предел текучести (YS), удовлетворяющий уравнению:

YS≥13,585(Al_eq)+44,904;

и среднюю пластичность, удовлетворяющую уравнению:

%el≥4,1993(Al_eq)-7,4409.

[0051] В одном, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний предел прочности при растяжении (UTS), удовлетворяющий уравнению:

UTS≥10,087(Al_eq)+76,785.

[0052] В другом, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний предел текучести (YS), удовлетворяющий уравнению:

YS≥13,911(Al_eq)+39,435.

[0053] В еще одном, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет среднюю пластичность на уровне:

%el≥1,1979(Al_eq)+8,5604.

[0054] В еще одном, не имеющем ограничительного характера варианте, альфа/бета титановый сплав, в соответствии с настоящим изобретением, имеет средний предел прочности при растяжении (UTS), удовлетворяющий уравнению:

UTS≥10,087(Al_eq)+76,785;

средний предел текучести (YS), удовлетворяющий уравнению:

YS≥13,911(Al_eq)+39,435;

и среднюю пластичность, выраженную относительным удлинением (%el), удовлетворяющую уравнению:

%el≥1,1979(Al_eq)+8,5 604.

[0055] Было определено, что не имеющие ограничительного характера варианты альфа/бета титановых сплавов, в соответствии с настоящим изобретением, демонстрируют сравнимую или повышенную механическую прочность, повышенную пластичность и улучшенную способность к деформации по сравнению со сплавом Ti-6AI-4V. Поэтому существует возможность использования изделий, изготовленных из сплавов, в соответствии с настоящим изобретением, в качестве замены изделий из сплава Ti-6AI-4V в аэрокосмической, авиационной промышленности, для морского применения, в автомобильной и других видах промышленности. Высокая прочность и пластичность вариантов сплава, в соответствии с настоящим изобретением, позволяет изготавливать определенные виды проката и конечных изделий с жесткими допусками, которые в настоящее время не могут изготавливаться из сплава TI-6AI-4V.

[0056] Аспект настоящего изобретения направлен на изделия, произведенные и/или выполненные из сплава в соответствии с настоящим изобретением. Некоторые, не имеющие ограничительного характера, изделия могут быть выбраны из компонентов авиационного двигателя, компонентов конструкций самолета, компонентов автомобиля, компонентов медицинского оборудования, компонентов спортивного оборудования, компонентов, применяемых на море, и компонентов химического технологического оборудования. Другие изделия могут состоять и/или выполняться из вариантов альфа/бета титановых сплавов, в соответствии с настоящим изобретением, которые известны в настоящее время или в будущем специалисту, в объеме раскрытых здесь вариантов. Изделия, состоящие и/или выполненные из сплавов в соответствии с настоящим изобретением, посредством формообразования и других технологий производства, известных специалистам в данной области в настоящее время или в будущем.

[0057] Следующие примеры предназначены для дополнительного описания некоторых, не имеющих ограничительного характера вариантов, без ограничения объема настоящего изобретения. Специалистам в данной области понятно, что возможны изменения следующих примеров, а также других вариантов, не описанных здесь, в объеме изобретения, который определяется исключительно формулой изобретения.

ПРИМЕР 1

[0058] Слитки альфа/бета титанового сплава, имеющего состав в соответствии с настоящим изобретением, отливались, используя традиционную вакуумно-дуговую плавку (VAR), плазменную дуговую плавку (РАМ), или электронно-лучевую плавку с холодным подом (ЕВ) для первичного переплава, и переплав, используя VAR. Состав слитков находился в диапазоне, приведенном в столбце «Не имеющие ограничительного характера варианты в соответствии с настоящим изобретением», включенном в приведенную ранее Таблицу 1.

[0059] Состав слитков, произведенных в данном Примере 1, имели величины алюминиевого эквивалента, колеблющиеся в диапазоне от примерно 6,0 до примерно 7,1. Слитки обрабатывались, используя различные виды технологии горячей прокатки, в горячекатаные прутки и проволоку, имеющие диаметр от 0,25 дюйм (0,635 см) до 3,25 дюйм (8,255 см). Горячая прокатка выполнялась при начальных температурах между 1550°F (843,3°С) и 1650°F (898,9°C). Этот температурный диапазон находится ниже температуры альфа/бета перехода сплавов из этого примера, которая составляет примерно от 1750°F до 1850°F (примерно от 954,4°С до 1010°С), в зависимости от реального химического состава. После горячей прокатки горячекатаные прутки и проволока отжигались при 1275°F (690,6°C) в течение одного часа, с последующим охлаждением на воздухе. Диаметр, содержание алюминия, содержание железа, содержание кислорода и расчетный Al_eq каждого образца прутка и проволоки, произведенного в Примере 1, представлены в Таблице 2.

Таблица 2
Образец №	Диаметр (дюйм)	Al (вес.%)	Fe (вес.%)	O (вес. %)	Al_eq (Al%+10⋅O%)
1	3,25	4,07	1,56	0,25	6,53
2	3.25	4,10	1,77	0,19	5,96
3	3,25	4,27	1,90	0,19	6,13
4	2	4,05	1,54	0,25	6,57
5	2	4,05	1,55	0,25	6,58

6	2	4,26	1,88	0,21	6,38
7	1	4,35	1,44	0,24	6,74
8	1	4,36	1,28	0,27	7,08
9	0,5	4,38	1,24	0,28	7,15
10	0,5	4,33	1,42	0,25	6,81
11	0,5	4,14	1,47	0,24	6,51
12	0,344	4,37	1,50	0,26	6,95
13	0,25	3,93	1,58	0,23	6,27
14	0,25	4,12	1,56	0,25	6,65
15	0,25	4,40	1,35	0,27	7,10
16	0,25	3,95	1,53	0,24	6,30
17	0,25	4,33	1,35	0,27	7,06

[0060] На ФИГ. 1 графически изображены (при комнатной температуре) пределы прочности при растяжении (UTS), пределы текучести (YS), и относительное удлинение (% el) для образцов прутка и проволоки, приведенных в Таблице 2, в зависимости от величины алюминиевого эквивалента сплава в образце. ФИГ. 1, кроме того, включает линии тенденции через точки данных UTS, YS, и % el, определенные методом линейного регрессионного анализа. Видно, что средняя прочность и среднее относительное удлинение увеличивается при возрастании Al_eq. Это взаимоотношение является удивительным и неожиданным, поскольку противоречит обычно наблюдаемому взаимоотношению, когда увеличение прочности сопровождается уменьшением пластичности.

[0061] Обычные минимумы сплава Ti-6AI-4V для UTS и YS составляют 135 тыс.фунт на кв.дюйм (930,8 МПа) и 125 тыс.фунт на кв.дюйм (861,8 МПа), соответственно. YS для образцов по изобретению, приведенных в Таблице 2, колеблется в диапазоне от около 125 тыс.фунт на кв.дюйм для образца с Al_eq около 6,0 до около 141 тыс. фунт на кв.дюйм для образца с Al_eq около 7,1. Образец, имеющий Al_eq около 6,4, демонстрировал YS около 130 тыс.фунт на кв.дюйм (896,3 МПа). UTS для образцов по изобретению, приведенных в Таблице 2, колеблется в диапазоне от около 135 тыс.фунт на кв.дюйм для образца с Al_eq около 6,0, до около 153 тыс.фунт на кв.дюйм для образца с Al_eq около 7,1. Образец, имеющий Al_eq около 6,4, демонстрировал YS около 141 тыс.фунт на кв.дюйм (972 МПа).

ПРИМЕР 2

[0062] Образцы проволоки №№9-11 из Примера 1, имеющие диаметр около 0,5 дюйма (1,27 см) и величину алюминиевого эквивалента около 6,5, около 6,8 и около 7,15, подвергались испытаниям на растяжение при комнатной температуре. Результаты испытаний на растяжение изображены графически на ФИГ. 2. Все из этих образцов имели пределы прочности и текучести, которые сравнимы или выше прочности промышленного сплава Ti-6AI-4V. Как и на ФИГ. 1, из ФИГ. 2 очевидно, что увеличение Al_eq приводит к увеличению прочности, вместе с увеличением среднего процента относительного удлинения. Как обсуждалось выше, эта тенденция является удивительной и неожиданной, поскольку противоречит обычно наблюдаемому взаимоотношению, когда увеличение прочности сопровождается уменьшением пластичности. Существует меньший разброс данных на ФИГ. 2, который является типичным для испытаний, выполненных на образцах одинакового размера, по сравнению с ФИГ. 1, который типичен для испытаний, выполненных на образцах различных размеров, поскольку механические свойства до некоторой степени зависят от размера испытуемого образца.

ПРИМЕР 3

[0063] Образцы горячекатаной плиты толщиной 1 дюйм (2,54 см) изготавливались из слитков, произведенных в соответствии с операциями, описанными в Примере 1. Слитки сплавов имели состав в диапазонах, приведенных в столбце «Не имеющие ограничительного характера варианты в соответствии с настоящим изобретением», включенном в приведенную ранее Таблицу 1, с содержаниями алюминия и кислорода и величинами алюминиевого эквивалента, приведенными в Таблице 3.

Таблица 3
Образец №	Диаметр (дюйм)	Al (вес.%)	Fe (вес.%)	O (вес.%)	Al_eq (Al%+10⋅O%)
18	1	4,08	1,53	0,24	6,43
19	1	4,13	1,44	0,24	6,48
20	1	4,22	1,49	0,29	7,12
21	1	4,25	1,40	0,28	7,05
22	1	4,21	1,38	0,29	7,08

[0064] Все температуры горячей прокатки были ниже температур альфа/бета перехода сплавов. Сплавы имели величины Al_eq примерно от 6,5 до 7,1. Испытания на растяжение при комнатной температуре использовались для определения предела прочности при растяжении, предела текучести и относительного удлинения (пластичности). Результаты испытаний на растяжение изображены графически на ФИГ. 3. Из ФИГ. 3 очевидно, что сплавы, включающие повышенные уровни А1 и О, на что указывают расчетные алюминиевые эквиваленты, имеют при комнатной температуре прочность, по меньшей мере, сравнимую с уровнями прочности сплава Ti-6AI-4V. Кроме того, отмечено, что прочность увеличивалась с увеличением Al_eq. Кроме того, средняя пластичность сплавов по изобретению либо немного увеличивалась, либо оставалась, в общем, неизменной при увеличении Al_eq и увеличении прочности. Эта тенденция является удивительной и неожиданной, поскольку противоречит обычно наблюдаемому взаимоотношению, когда увеличение прочности сопровождается уменьшением пластичности.

[0065] Настоящее описание написано со ссылками на различные типичные, иллюстративные и не имеющие ограничительного характера варианты. Однако специалистам в данной области должно быть понятно, что различные замены, изменения или сочетания любых раскрытых вариантов (или их частей) могут быть сделаны без отступления от объема изобретения, определяемого исключительно формулой. Таким образом, предполагается и понятно, что настоящее изобретение включает в себя дополнительные варианты, не изложенные явно в настоящем документе. Такие варианты могут быть получены, например, путем объединения и/или изменения любого из раскрытых этапов, ингредиентов, составляющих, компонентов, элементов, параметров, аспектов и прочего в вариантах воплощения, описанных здесь. Таким образом, это изобретение ограничивается не описанием различных типичных, иллюстративных и не имеющих ограничительного характера вариантов, а исключительно формулой изобретения. Таким образом, должно быть понятно, что формула может быть изменена в процессе рассмотрения настоящей заявки на патент, чтобы добавить новые функции к формуле изобретения, которые описаны здесь по-разному.

Имплантаты для хирургии. Металлические материалы. Часть 2. Нелегированный титан – РТС-тендер

ГОСТ Р ИСО 5832-2-2014

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОКС 11.040.30

Дата введения 2016-01-01

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «ЦИТОпроект» (ООО «ЦИТОпроект») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 453 «Имплантаты в хирургии»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 декабря 2014 г. N 2060-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 5832-2:1999* «Имплантаты для хирургии. Металлические материалы. Часть 2. Нелегированный титан» (ISO 5832-2:1999 «Implants for surgery — Metallic materials — Part 2: Unalloyed titanium»)

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном формационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost. ru)

Ни один из известных имплантационных материалов, используемых в хирургии, не продемонстрировал абсолютное отсутствие способности вызывать нежелательные реакции в организме человека. Тем не менее, длительный клинический опыт применения материала, упоминаемого в настоящем стандарте продемонстрировал, что при использовании этого материала при условии его надлежащего применения можно ожидать приемлемый уровень биологического ответа.

Настоящий стандарт устанавливает характеристики и соответствующие методы испытания для нелегированного титана, предназначенного для использования в производстве хирургических имплантатов.

Положение касается шести сортов титана, выделяемых в зависимости от предела прочности (см. таблицу 2).

Примечание — Механические свойства образца, полученного из готового продукта, сделанного из данного металла, не обязательно совпадают с характеристиками, указанными в настоящем стандарте.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты*:

________________

* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. — Примечание изготовителя базы данных.

ИСО 6892:1998 Материалы металлические. Испытание на растяжение при температуре окружающей среды. (ISO 6892:1998, Metallic materials — Tensile testing at ambient temperature.)

ИСО 7438:1995 Материалы металлические. Испытание на изгиб. (ISO 7438:1995, Metallic materials — Bend test)

ASTM E 112:1988 Стандартные методы испытания для определения среднего размера зерен (ASTM Е 112:1988, Standard Test Methods for Determining Average Grain Size)

Химический состав плавки, определенный в соответствии с разделом 6, должен соответствовать требованиям к химическому составу, указанным в таблице 1. Анализ слитка может быть использован для идентификации всех обязательных химических компонентов, за исключением водорода, который будет определен после термообработки и декапирования.

Микроскопическая структура титана в отожженном состоянии должна быть однородной. Размер зерен, определенный в соответствии с указаниями в разделе 6, должен не крупнее, чем размер N 5.

При увеличении в 100 раз не должны обнаруживаться включения или посторонние фазы.

5.1 Механические свойства при растяжении

Прочность титана на растяжение, определяемая в соответствии с 6, должна соответствовать требованиям, указанным в таблице 2.

В том случае, если какой-либо из испытуемых образцов не соответствует указанным требованиям, аналогичным образом испытывают еще два образца, являющихся репрезентативными для той же партии. Титан будет признан пригодным лишь в том случае, если оба дополнительных образца соответствуют указанным требованиям. Если испытуемый образец разрушился за предельными значениями, испытание считается недостоверным, и проводится повторное испытание.

Если любое из повторных испытаний не в состоянии отвечать соответствующим требованиям, то представляемый продукт должен быть признан не соответствующим требованиям настоящем стандарте. Однако производитель может повторно подвергнуть материал термообработке и вновь представить его на испытание в соответствии с требованиями настоящего стандарта.

5.2 Механические свойства при изгибе

Листы и полосы титана при испытаниях, указанных в разделе 6, не должны иметь трещин на наружной поверхности испытуемого образца.

Таблица 1 — Химический состав


Элемент	Максимальные предельные значения содержания, массовая доля, %
	Сорт 1 ELI	Сорт 1	Сорт 2	Сорт З	Сорт 4А и 4В
Азот	0,012	0,03	0,03	0,05	0,05
Углерод	0,03	0,10	0,10	0,10	0,10
Водород	0,0125	0,0125	0,0125	0,0125	0,0125
Железо	0,10	0,20	0,30	0,30	0,50
Кислород	0,10	0,18	0,25	0,35	0,40
Титан	Остальная часть	Остальная часть	Остальная часть	Остальная часть	Остальная часть
Кроме слитков, для которых максимальное содержание водорода должно составлять 0,010 0% (массовая доля) и плоских продуктов, для которых максимальное содержание водорода составляет 0,015% (массовая доля)

Таблица 2 — Механические свойства


Сорт	Условия	Предел прочности, МПа не менее	Условный предел текучести при непропорциональном удлинении, МПа, не менее	Относительное удлинение, %, не менее	Диаметр оправки для испытания на изгиб для листов и полос, мм
					t2 мм	2 мм<t<5 мм

1 ELI	Отожженный	200	140	30	3t	4t
1	Отожженный	240	170	24	3t	4t
2	Отожженный	345	275	20	4t	5t
3	Отожженный	450	380	18	4t	5t
4А	Отожженный	550	483	15	5t	6t
4В	Деформированный в холодном состоянии	680	520	10	6t	6t
Требования к растяжению, пластической деформации и свойствам при изгибе для листа применимы к материалу, взятому как параллельно, так и перпендикулярно к направлению прокатки. Длина образца=5,65 или 50 мм, где S — исходная площадь поперечного сечения в квадратных миллиметрах. t=толщина листа или полоски.

Методы испытания, которые будут использоваться для определения соответствия требованиям настоящего стандарта, приведены в таблице 3.

Репрезентативные испытуемые образцы для определения механических свойств должны быть подготовлены в соответствии с положениями ИСО 6892.

Таблица 3 — Методы испытания


Требование	Соответствующий раздел	Метод испытания
Химический состав	3	Общепринятые процедуры анализа
Размер зерен	4	ASTM E 112
Механические свойства Предел прочности на разрыв Предел текучести Удлинение Сокращение площади Испытание на изгиб	5	ИСО 6892 ИСО 6892 ИСО 6892 ИСО 6892 ИСО 7438 Согнуть лист или полосу под углом не менее 105° вокруг оснастки, диаметр которой указан в таблице 2

Приложение ДА

(справочное)

Таблица ДА. 1


Обозначение ссылочного международного стандарта	Степень соответствия	Обозначение и наименование соответствующего национального стандарта
ИСО 6892:1998	—	*
ИСО 7438:1995	IDT	ГОСТ 14019-2003 (ИСО 7438:1985) Материалы металлические. Метод испытания на изгиб.
АСТМ Е 112:1988	—	*
*Соответствующий национальный стандарт отсутствует. До его утверждения рекомендуется использовать перевод на русский язык данного международного стандарта. Перевод данного международного стандарта находится в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов. Примечание — В настоящей таблице использовано следующее условное обозначение степени соответствия стандарта: — IDT — идентичные стандарты.


УДК 616-089.844:006.354	ОКС 11.040.30	IDT
Ключевые слова: имплантаты для хирургии, металлические материалы, деформация и растяжение, испытание на растяжение при температуре окружающей среды, испытание на изгиб, испытания для определения среднего размера частиц.

Чистый титан – обзор

ПОДГОТОВКА

Чистый титан мягкий и пластичный. Из-за своей ГПУ кристаллической структуры он деформируется за счет механического двойникования, что может быть вызвано небрежным обращением. При неправильном разрезе глубина повреждения может быть значительной. Секционирование очень затруднено, так как скорость резания низкая. Хотя их значения твердости при вдавливании ниже по сравнению с инструментальными и быстрорежущими сталями, Ti и его сплавы гораздо труднее резать, и для них требуется абразивный круг с более мягкой связкой, чем для самых твердых сталей.Скорость шлифовки и полировки также ниже, чем для стали или большинства других металлов. Некоторые авторы заявляют, что Ti и его сплавы не следует включать в фенольные смолы, поскольку водород может поглощаться смолой с образованием TiH; или, если присутствуют гидриды (как в образце в рабочей среде, богатой водородом), тепло от компрессионного формования может растворить часть или весь гидрид. Автор настоящего раздела никогда не наблюдал гидридов в образцах, скрепленных различными термореактивными смолами.Однако в случае отказа в полевых условиях титана коммерческой чистоты (CP), который содержал очень большое количество гидридов титана, наблюдалось растворение некоторых гидридов при температуре монтажа. Крепление, изготовленное с использованием медленно отверждаемой эпоксидной смолы с низкой вязкостью, выявило наибольшее количество TiH. Крепления, изготовленные из быстроотверждаемой эпоксидной смолы (отверждаемой примерно за 45 минут), которая выделяет высокую теплоту полимеризации, имели пониженное количество TiH, аналогичное количеству, полученному при использовании термореактивной смолы. Таким образом, при анализе отказов, если могут присутствовать гидриды, лучше всего использовать эпоксидную смолу с медленным отверждением с проводящим подходом монтажа (см. раздел Монтаж ), чтобы свести к минимуму экзотермию, возникающую во время полимеризации, и вероятность растворения. любой ТиХ.

Для получения Ti и его сплавов используется трехэтапная современная процедура, которая, как было показано, способна создавать идеальные изображения CP Ti в скрещенно поляризованном свете, а также широкий спектр альфа-, альфа-бета и бета-сплавов. Конечно, мы должны начать с правильно разрезанного куска, а это чрезвычайно важно для Ti. Используйте только лабораторную абразивную отрезную пилу или прецизионную пилу с подходящим кругом (крайне важно), с низким давлением и обильным охлаждением. Установите образцы, как описано выше.На шаге 1 используется бумага SiC с зернистостью 320 (P400) с подложкой из psa, с водяным охлаждением, с нагрузкой 25–30 Н (6 фунтов силы) на образец, 240–300 об/мин, до тех пор, пока не будут удалены повреждения от резки и образцы не окажутся в одной плоскости. Для этого может потребоваться более одного листа бумаги.

На этапе 2 используется выбранная шелковая ткань с подкладкой из полисахарида (можно использовать магнитную плиту), например, ткань Ultra-Pol™ с алмазом 9 мкм, нагрузка 25–30 Н (6 фунтов силы) на образец, 120– 150 об/мин, в течение 10 минут. Ткань имеет решающее значение для успеха этого метода.Отборный шелк дает хорошую скорость съема и лучшую отделку поверхности, чем любая другая ткань, при этом минимизируется рельеф и максимально сохраняется края. Если используются другие ткани или жесткие шлифовальные диски, результаты будут неадекватными для исследования CP Ti в поляризованном свете (если не будет добавлен дополнительный этап). Если полировальная головка вращается со скоростью <100 об/мин, используйте режим обратного вращения. Начните с заполнения ткани пастой, затем добавьте соответствующую смазку. В течение 10-минутного цикла периодически добавляйте алмаз того же размера в виде суспензии или суспензии, чтобы поддерживать высокую скорость резания.

На этапе 3 используется коллоидный кремнезем размером 0,05 мкм на синтетической замшевой ткани со средним ворсом, та же нагрузка, 120–150 об/мин, в течение 10 минут. Этот метод работает намного лучше, если можно использовать противоположное вращение. Для этого требуется полировальная машина с низкой скоростью вращения головки, в идеале 30–60 об/мин. Если скорость головки превышает 100 об/мин, абразив будет сбрасываться с полировальника на металлограф и стенки. Это особенно плохо, так как коллоидный кремнезем необходимо смешивать в соотношении 5:1 с перекисью водорода (конц. 30%). Если добавление перекиси водорода приводит к загустению коллоидного кремнезема, добавьте дистиллированную воду. За 20 секунд, оставшихся до третьего шага, прекратите добавлять абразив. За 10 с до окончания цикла направьте струю воды на поверхность полировальной ткани и смойте абразив как с ткани, так и с образца. Затем образец и держатель промывают водой, протирают ватой, смоченной в этаноле или мыльном растворе, по желанию, ополаскивают в воде, вытесняют воду этанолом и сушат под струей горячего воздуха. Образцы CP Ti дают превосходные изображения зернистой структуры в скрещенно поляризованном свете.Качество изображения можно еще больше улучшить с помощью кратковременной (20–30 минут) вибрационной полировки с использованием коллоидного кремнезема на синтетической замшевой ткани со средним ворсом.

Перспективные свойства при растяжении и усталости технически чистого титана, обработанного ротационной обжимкой и отжигом

3.1. Tensile Properties

a отображает типичные кривые растяжения образцов, обработанных RS, по сравнению с их крупнозернистыми (CG) аналогами. Измеренные предел текучести (YS) и предел прочности при растяжении (UTS) полученного образца RS составили 998 МПа и 1040 МПа соответственно, что почти в три раза выше, чем у образца CG. Этот образец быстро теряет пластичность из-за его низкой способности к деформационному упрочнению. Однако с помощью короткого (5 мин) отжига при 450°С было восстановлено замечательное равномерное удлинение 8,5%. Между тем YS и UTS по-прежнему сохраняются на высоких уровнях 740 МПа и 870 МПа соответственно. Эти превосходные свойства при растяжении почти такие же, как у сплава Ti-6Al-4V (см. ), и предлагают широкий потенциал для крупномасштабного промышленного применения [22]. Дальнейшее повышение температуры отжига до 500 °С приводит к значительному снижению (>100 МПа) прочности, но лишь незначительному увеличению равномерного удлинения.b показаны истинные кривые напряжение-деформация, преобразованные из кривых в a с использованием стандартной формулы, демонстрирующие очевидное деформационное упрочнение, ответственное за пластичность. Основываясь на уравнении Холломона (σ=Kεn), рассчитанные показатели деформационного упрочнения ( n ) составляют 0,102 и 0,088 для образцов RSA450 и RSA500 соответственно, как показано на c. Это лишь немного ниже, чем (0,141) аналога CG. Следовательно, образцы RSA450 и RSA500 могут давать высокую однородную пластичность, очень близкую к образцу CG (11.5%) даже при высоком уровне стресса.

Характеристики растяжения CP-Ti, обработанного методом RS и отжигом: ( a ) типичные кривые растяжения, ( b ) истинные кривые напряжение-деформация, ( c ) график ln( σ ) − ln ( ε ) для индексации показателя деформационного упрочнения в уравнении Холломона ( σ = kε ⁿ ), ( d ) Превосходная синергия прочности и пластичности текущего CP-Ti по сравнению с другими экспериментальными результатами.

Таблица 1

Механические свойства настоящих образцов, обработанных РС, и сплава Ti-6Al-4V.

Материалы	Образцы	Образцы	Уровень доходности (MPA)	UTS (MPA)	UTS (MPA)
CP-TI (2)	CG	318	440	11,5	28
		RS 998	1040		1. 6 6
		RSA450 740	870	8.5	17
	RSA500	620	710	9,5	19
Ti-6Al-4V ^[а]	ASTM F 67	795	860		10

d резюмирует предел текучести и равномерное удлинение настоящих образцов, а также приведенных в литературе для CP-Ti класса 2 [20, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35]. Как правило, чем выше YS, тем ниже равномерная пластичность.Для большинства UMG и NS CP-Ti, полученных методом SPD, их равномерное удлинение обычно ниже 5%, тогда как YS может быть намного выше 700 МПа [31,34]. Это сильно затрудняет их промышленное применение. Недавно с использованием асимметричной прокатки и последующей частичной рекристаллизации была изготовлена новая структура ГЛ путем внедрения мягких микрозернистых ламелей в твердую матрицу ламелей УМЗ с использованием асимметричной прокатки и последующей частичной рекристаллизации, которая может объединить высокую прочность УМЗ и высокую пластичность КГ [20]. И данные, сочетающие высокий YS и однородное удлинение, выходят за рамки обычной области компромисса, как показано на d.Нынешние RS и процесс отжига демонстрируют аналогичный потенциал для упрочнения CP-Ti лишь с ограниченным снижением пластичности. На d видно, что сочетание YS и равномерного удлинения текущего CP-Ti, обработанного RS, достигает уровня свойств при растяжении Ti-6Al-4V и HL-Ti.

3.2. Предел выносливости

Можно ожидать хорошего предела выносливости настоящего титана, обработанного RS, поскольку предел HCF металлических материалов в основном контролируется статической прочностью [36,37,38].а показаны типичные кривые S–N образцов, обработанных КР. Для сравнения также приведены кривые CG CP-Ti [22]. Предел выносливости определяется как напряжение, при котором образец деформируется в течение 10 ⁷ циклов при полностью обращенных циклах без разрушения. Измерено, что предел выносливости образца RS в полученном состоянии составляет 460 МПа, что вдвое больше, чем у образца CG. Удивительно, но отжиг при 450 °C в течение 5 минут дополнительно повышает предел выносливости до 490 МПа, хотя предел прочности при растяжении снижается на 170 МПа по сравнению с исходным состоянием.Этот измеренный предел усталости выше, чем у большинства УМЗ CP-Ti (сорт 2), полученных методами РКУП и ARB, и приближается к пределу выносливости сплава Ti-6Al-4V [22, 23, 24, 25], как видно на рис. Коэффициент усталости ( σ _f / σ _UTS ) в зависимости от предела прочности при растяжении представлен в b. Видно, что коэффициент усталости уменьшается с увеличением прочности (обычно с уменьшением размера зерна) [38], формируя взаимосвязь компромиссного типа. Однако образец RSA450 демонстрирует большой коэффициент усталости (0.56) при высоком пределе прочности 870 МПа. Видно, что поведение ГХУ образца RSA450 существенно отличается от поведения обычного КГ и УМЗ CP-Ti [22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35,39], и близка к сплаву Ti-6Al-4V.

( a ) Зависимость усталостной долговечности ( N _f ) от циклического максимального напряжения для образцов RS и RSA450; ( b ) Прочность на растяжение в зависимости от коэффициента усталости для экспериментальных данных CP-Ti класса 2 и данных в литературе и сплава Ti-6Al-4V.

Таблица 2

Прочность на растяжение и усталостные свойства образцов РС по сравнению с образцами КЗ в состояниях КЗ из ссылок [22,24].

F (MPA).

44 970

Материалы	Образцы	YS (MPA)	UTS (MPA)	Σ	Σ _F / Σ _UTS	σ′ _f	б	Артикул
CP-Ti (класс 2)	RS	989	1040	5 440	920		-0,053
		RSA450 740	870	490		0,56 831		-0,034
		CG 248	418	210	0,50	311		-0,023 [24]
		ЭКАП 635	669	350		0,52 654		-0,041 [24]
			1050	420	0. 40			[22]
		800	816	403	0,49			[22]
	АРБ	870	895	425	0,47			[24]
	АРБ	810	850	400	0,47			[24]
Ti-6Al-4V	CG	875	965	515	0. 53			[22]

Поведение материала ВУФ обычно описывается уравнением Басквина как:

где N _f — число циклов до разрушения, σ _a — амплитуда напряжения, σ′ _f — коэффициент усталостной прочности, который может быть связан с пределом прочности при растяжении, и b — показатель усталостной прочности. Указано, что b может отражать механизм повреждения при усталости и на него влияет локализация деформации на стадии зарождения трещины и градиент напряжения на стадии распространения трещины [38].Высокое абсолютное значение b благоприятно для зарождения и распространения трещин. Поэтому абсолютное значение b образца CG-Ti с надрезом почти в два раза выше, чем у гладкого [24]. представляет рассчитанные значения b текущих образцов, обработанных РС, и некоторых других зарегистрированных образцов CP-Ti [24]. Видно, что как RS, так и РКУП-деформация значительно увеличивают абсолютное значение b по сравнению с CG-Ti, что предполагает повышенную концентрацию напряжения и локализацию деформации для зарождения и/или распространения трещины из-за заметного уменьшения размера зерна.Абсолютное значение b титана, обработанного РС, может быть снижено с 0,053 в деформированном состоянии до 0,034 при кратковременном отжиге, что указывает на то, что зарождение и/или распространение трещины замедляется за счет улучшения условий деформации. локализация и концентрация стресса. Это, вероятно, является причиной того, что образец RSA450 демонстрирует более высокий предел выносливости, хотя его предел прочности при растяжении ниже, чем у образца в состоянии поставки.

3.3. Микроструктуры с предпочтительной кристаллографической текстурой

Микроструктуры образца после деформации RS и последующего отжига исследовали методами ПЭМ и EBSD с целью выявления механизмов упрочнения и упрочнения. a–f показывают типичные микрофотографии ПЭМ, сделанные со стержней в продольном и поперечном направлениях соответственно. Микроструктура образца РС в состоянии поставки представляет собой сильно деформированную структуру, характеризующуюся удлиненными полосами на продольном сечении и почти равноосными зернами/субзернами на поперечном сечении, как показано на рисунках а, б соответственно. Видно, что как границы полос, так и границы зерен очень размыты, форма зерен также не ясна. Сложный контраст внутри зерен указывает на высокое внутреннее напряжение из-за высокой плотности дислокаций, что отмечено красным пунктирным кружком на b.Размер зерен/субзерен в поперечном сечении колеблется от 400 нм до 1 мкм. Путем отжига при 450 °C в течение 5 минут твердость образца RS450 снижается с 280 ± 6 Hv до 256 ± 8 Hv, и на изображениях, полученных с помощью ПЭМ, можно наблюдать явное восстановление дислокаций, как показано на c, d. По сравнению с микроструктурой в исходном состоянии плотность дислокаций заметно снижается, а границы зерен становятся более четкими, что показано красными стрелками на г. При повышении температуры отжига до 500 °С восстановление дислокаций становится более значительным, а также происходит статическая рекристаллизация, как показано на д, е.На е видно, что некоторые границы полос превратились в границы зерен из-за значительного восстановления дислокаций. В поперечном шлифе наблюдается частичная рекристаллизация. Рекристаллизованные зерна в основном имеют эллиптическую форму размером 1–2 мкм, что обозначено буквой «R» в е. Кроме того, восстановление также может привести к очень мелким субзернам (200–400 нм) с очень низкой плотностью дислокаций, как видно на субзернах, отмеченных буквой «r» в f. В целом, во время обработки отжигом произошло видимое восстановление дислокаций и частичная рекристаллизация, что привело к значительному снижению плотности дислокаций и образованию очень мелкозернистой структуры.

Типичные микрофотографии ПЭМ, показывающие микроструктуры на продольном срезе (слева) и поперечном срезе (справа) образцов, обработанных РС: ( a , b ) в состоянии получения, ( c , d ) RSA450, ( e , f ) RSA500.

Интенсивная RS-деформация вносит большое количество дефектов (дислокаций и границ зерен/субзерен) в зерна, образуя деформированные полосы и зерна/субзерна размером субмикронной величины, которые значительно упрочняют материал в соответствии с Тейлором. механизм упрочнения дислокаций и соотношение Холла-Петча [40].В результате обработки отжигом восстановление дислокаций и частичная рекристаллизация приводят к микроструктуре, подобной УМЗ, с низкой плотностью дислокаций, что делает Ti прочным (упрочнение Холла-Петча) и жестким (восстановление способности к деформационному упрочнению), как показано на рис. Кроме того, значительное уменьшение плотности дислокаций снимает внутреннее напряжение и сглаживает локализацию деформации, что может эффективно задерживать зарождение и распространение трещин при усталости (малое абсолютное значение параметра b в ).Таким образом, предел выносливости образца RSA450 не снижается, а повышается, хотя его прочность снижается по сравнению с исходным состоянием. Однако все еще трудно понять высокоравномерное удлинение образца RSA450, которое можно улучшить только за счет восстановления дислокаций [35]. Появился бы дополнительный фактор, контролирующий его пластическую деформацию при одноосном растяжении.

Таблица 3

Коэффициенты Шмида рассчитаны для образца RSA450.

Направление нагрузки	Θ	Призматический Скользящий {10-10} <11-20>	Базальный Скользящий {0001} Скользящий
//RD	80°	0. 42-0.49	0.15-0.17	0,41-0.49
//RD


0.43-0.59	0	0	0.38-044

показывают представительные фигуры полюса для образца RSA450, полученные из характеристики EBSD . На поперечном срезе текстура проявляется как текстура волокон <10-10> относительно оси стержня, а базисная плоскость параллельна оси стержня, как показано на а. Для продольного сечения ось с отклоняется от ND к TD равномерно в диапазоне 0°~90°, а угол отклонения в направлении RD составляет не более 10°, как видно на б.Эта особенность предпочтительной ориентации типична для ГПУ-Ti, полученного методом обжатия и/или волочения [41], что позволяет предположить, что обработка отжигом в течение короткого времени не изменяет текстуру, сформированную во время РС. Было обнаружено, что текстура играет важную роль в общем механическом поведении гексагонально-плотноупакованных (ГПУ) металлов [42,43,44,45]. Таким образом, прочная текстура будет влиять на механические свойства образца RSA450 и играть другую роль по сравнению с ультрамелкозернистой структурой.

Полюсные фигуры для образца RSA450: базовая плоскость {0001} и призматическая плоскость {10-10} для поперечного сечения ( a ) и продольного сечения ( b ), направление прокатки только по оси стержня, нормальное направление и поперечное направление было обозначено как RD, ND и TD соответственно.

Существует четыре возможных системы скольжения на трех плоскостях скольжения для чистого Ti, в том числе <11-20> скольжение по призматической плоскости {10-10}, <11-20> скольжение по базовой плоскости {0001}, <11- 20> скольжение по пирамидальной плоскости {10-11} и <11-23> скольжение по пирамидальной плоскости {10-11} [41,46], как показано на а. Активация либо жесткого, либо мягкого режима скольжения контролируется ориентацией нагрузки, т. Е. Фактором Шмида. б показывает, что кривые фактора Шмида изменяются в зависимости от угла между осью с и направлением нагрузки в этом исследовании.Результат также обобщен в , где приведены возможные максимальный и минимальный коэффициенты Шмида для трех систем скольжения при двух углах θ. Когда направление нагрузки параллельно оси стержня, ориентация соответствует Θ = 90° и весьма благоприятна для призматического скольжения {10-10} <11-20> с коэффициентом Шмида от 0,43 до 0,5, но неблагоприятна для базальное скольжение {0001} <11-20> с фактором Шмида 0. В то же время фактор Шмида пирамидального скольжения {10-11} <11-20> выше 0.4, который также может активироваться при увеличении напряжения потока. Анализ фактора Шмида показывает, что как призматические системы скольжения <11-20>, так и пирамидальные системы скольжения <11-20> находятся в мягкой ориентации относительно оси растяжения.

( a ) Схематическое изображение преобладающей текстуры в образце, обработанном РС. Θ: угол между осью c и осью нагрузки; α: угол между осью а и осью нагрузки при условии, что ось нагрузки проецируется на базисную плоскость.( b ) Возможные максимальные и минимальные значения фактора Шмида трех систем скольжения (призматического, базального и пирамидального скольжения) в зависимости от угла Θ.

Понятно, что кристаллографическая текстура, образующаяся при КР, обеспечивает идеальный режим скольжения для последующей деформации растяжением. Если начальная плотность дислокаций на плоскости скольжения низка, ожидается, что во время растяжения будет происходить обильная дислокационная активность (например, генерация, скольжение, взаимодействие и т. Д.).Вот почему восстановление дислокаций после короткого отжига может сделать Ti, обработанный RS, достаточно прочным из-за значительного уменьшения плотности дислокаций, как видно на рис. Следует отметить, что, в отличие от мелкого размера зерна, который резко увеличивает предел текучести, мягкая модель дислокационного скольжения приведет к снижению предела текучести из-за относительно низкого критического разрешенного напряжения сдвига [44, 47]. Следовательно, существует равновесие прочности между улучшением за счет мелкого размера зерна и падением из-за мягкого режима скольжения дислокаций.В нынешнем чистом Ti микроструктура, подобная УМЗ, значительно повышает прочность, в то время как легкое скольжение дислокации гарантирует достаточную пластичность. Ожидается повышенный предел HCF для CP-Ti, обработанного RS, поскольку срок службы HCF в основном определяется прочностью [36,37,38]. Что касается влияния текстуры на усталостные характеристики УМЗ Ti, то выявлено, что зарождение усталостной трещины зависит от направления нагружения образцов, что, очевидно, можно понять по легкости призматического скольжения [25]. Однако распространение трещины, по-видимому, не зависело от направления образца из-за взаимной компенсации эффектов удлиненных зерен и текстуры [25]. Необходимы дальнейшие исследования влияния текстуры на усталостные характеристики УМЗ Ti.

Таблица механических свойств Титановая пластина ASTM

класс	предел прочности при растяжении, мин		предел текучести, смещение 0,2%				удлинение В 2 в.или 50 мм, Мин, %	под 0,070 дюйма (1,8 мм) в Толщина	0,070 до 0,187 дюйма (от 1,8 до 4,75 мм) в Толщина
								Испытание на изгиб
	предел прочности при растяжении, мин		мин		макс.
	тысяч фунтов на квадратный дюйм	МПа	тысяч фунтов на квадратный дюйм	МПа	тысяч фунтов на квадратный дюйм	МПа
1	35	240	20	138	45	310	24	1,5 т	2т
2	50	345	40	275	65	450	20	2т	2. 5т
2 часа	58	400	40	275	65	450	20	2т	2т
3	65	450	55	380	80	550	18	2т	2,5 т
4	80	550	70	483	95	655	15	2.5т	3т
5	130	895	120	828	…	…	10 ^vii	4,5 т	5т
6	120	828	115	793	…	…	10 ^vii	4т	4,5 т
7	50	345	40	275	65	450	20	2т	2. 5т
7ч	58	400	40	275	65	450	20	2т	2т
9	90	620	70	483	…	…	15 ^viii	2,5 т	3т
11	35	240	20	138	45	310	24	1.5т	2т
12	70	483	50	345	…	…	18	2т	2,5 т
13	40	275	25	170	…	…	24	1,5 т	2т
14	60	410	40	275	…	…	20	2т	2. 5т
15	70	483	55	380	…	…	18	2т	2,5 т
16	50	345	40	275	65	450	20	2т	2,5 т
16ч	58	400	40	275	65	450	20	2т	2т
17	35	240	25	170	45	310	24	1.5т	2т
18	90	620	70	483	…	…	15 ^viii	2,5 т	3т
19 ^II	115	793	110	759	…	…	15	3т	3т
20 ^II	115	793	110	759	…	…	15	3т	3т
21 ^II	115	793	110	759	…	…	15	3т	3т
23 ^II	120	828	110	759	…	…	10	4. 5т	5т
24	130	895	120	828	…	…	10	4,5 т	5т
25	130	895	120	828	…	…	10	4,5 т	5т
26	50	345	40	275	65	450	20	2т	2.5т
27	35	240	25	170	45	310	24	2т	4т
28	90	620	70	483	…	…	15	2,5 т	3т
29	120	828	110	759	…	…	10	4.5т	5т
30	50	345	40	275	65	450	20	2т	2,5 т
31	65	450	55	380	80	550	18	2т	2,5 т
32	100	689	85	586	…	…	10 ^vii	3. 5т	4,5 т
33	50	345	40	275	65	450	20	2т	2,5 т
34	65	450	55	380	80	550	18	2т	2,5 т
35	130	895	120	828			5	8т	8т
36	65	450	60	410	95	655	10	4.5т	5т
37	50	345	31	215	65	450	20	2т	2,5 т
38	130	895	115	794			10	4т	4,5 т
выше Механические ограничения применяются к испытаниям, проводимым как в продольном, так и в Поперек направления прокатки. механический Свойства для условий, отличных от отжига или толщины листа Более 1 дюйма может быть установлено по соглашению между Изготовитель и покупатель. «T» равно Толщина образца для испытаний на изгиб. Испытания на изгиб не Применимо к материалу толщиной более 0,187 дюйма (4,75 мин).
ii) Свойства обработанного раствором состояния. Материал наиболее Часто приобретаются и поставляются в обработанном раствором состоянии. Старый материал может быть доступен, но является предметом переговоров Между покупателем и поставщиком.
vii) Удлинение для классов 5, 6 и 32 для материалов менее 0,025 дюйма Толщина по согласованию производителя и покупателя.
viii) Удлинение для непрерывного проката и отжига (полосовой продукт из рулона) для 9-го и 18-го сорта не менее 12 % в В продольном направлении и минимум 8% в поперечном Направление.

** Пока эта информация составлено с осторожностью, для удобства и для справки только и мы не несем никакой ответственности за любые решения, основанные на содержание в нем.

вы несете ответственность за обеспечение что любая информация в этом документе или на нашем веб-сайте отвечает вашим особые требования. **

%PDF-1.4 % 1 0 объект >поток 2019-01-31T05:37:52+01:002022-01-25T14:09:13-08:002022-01-25T14:09:13-08:00iText 4.2.0 от 1T3XTuuid:c02d4db3-78d5-45ed-bc03 -137312944cfcxmp.did: 4E6B17627B2EE911A5469F9FE0B6FFFAxmp.did: 4E6B17627B2EE911A5469F9FE0B6FFFA

savedxmp.iid: 4E6B17627B2EE911A5469F9FE0B6FFFA2019-02-12T09: 35: 07 + 05: 30Adobe Bridge CS6 (Windows) / метаданных

заявление/pdf

Каролина Каролина

Богдан Лигай

конечный поток эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект >поток xXK6W,(HU {rjѽtQl/D;E Y29>xKŨ>F:5R C(>l_Oya]fZb.

2Ŕy3kTIk;X=Rmըx02$?VcMs\R0.qxq

Химические и механические свойства титана и его сплавов

Химические свойства

Титан, как и другие элементы, представляет собой смесь нескольких изотопов с атомным весом от 46 до 50. Соотношение этих изотопов было рассчитано на основе спектрографического анализа. Математические расчеты с использованием пропорций и массовых чисел определили средний атомный вес титана 47,88.

Титан имеет большое сечение захвата, и были идентифицированы пять других изотопов титана.Титан 43 имеет период полураспада 0,58 секунды и является бета-положительным излучателем. Титан 45 имеет две формы: бета-положительная и гамма-излучающая с периодом полураспада 3,08 часа и вторая форма с периодом полураспада 21 день. Титан 51 имеет период полураспада 72 дня и является бета-отрицательным и гамма-излучателем. Существует также метастабильная форма титана 51 с периодом полураспада 6 минут, которая также является гамма- и бета-отрицательным излучателем.

Валентность. Как и для переходных элементов, титан имеет переменную валентность и обычно находится в двух-, трех- и четырехвалентном состояниях.В литературе сообщается о валентностях пять и выше, но их обоснование никогда не приводилось.

Газы . Химическая активность титана зависит от температуры. Взаимодействие металла с другими веществами легче протекает при повышенных температурах. Это свойство особенно ярко проявляется в чрезвычайной реакционной способности металла по отношению к атмосферным газам при высоких температурах.

Это требует использования инертной атмосферы для горячей обработки и защиты поверхности при высоких температурах.Быстрое сочетание титана с реактивными газами атмосферы при температуре выше 950°F приводит к образованию накипи на поверхности. С большими интервалами времени и повышением температуры газы диффундируют в решетку.

Металл соединяется с кислородом с образованием длинной серии оксидов от TiO до Ti ₇ O ₁₂ , каждый из которых имеет свой оттенок, и при кратковременном воздействии на поверхность образуется радужная пленка. Хотя это поверхностное окисление происходит при 950°F, заметной диффузии в решетку не происходит ниже 1300°F.Воспламенение металла происходит на воздухе при температуре 2200°F, а атмосфера чистого кислорода снижает эту температуру до 1130°F.

Реакционная способность титана с азотом аналогична его действию с кислородом, при котором на поверхности образуется желто-коричневый налет в виде нитрида. Азот будет диффундировать в решетку с ограниченной глубиной проникновения. Это свойство было использовано в нитридной оболочке из металла.

Наиболее уникальной из газотитановых реакций является реакция между водородом и металлом.Реакция протекает при температурах немного выше комнатной, и одним граммом титана может быть поглощено до 400 см3 газа. В небольших количествах газ добавляется в качестве междоузлия, но при более высоких концентрациях образуется гидрид TiH. Однако добавление водорода к титану стабильно только при температуре ниже 680°F; выше этой температуры газ выделяется и горит.

Все эти газотитановые реакции ускоряются при снижении давления паров, и требуется полная защита от атмосферы.

Водяной пар и углекислый газ разлагаются горячим металлическим титаном. При температуре выше 1500°F водяной пар и металл объединяются, образуя оксид и выделяя водород. При более высоких температурах горячий металл будет поглощать CO ₂ и может образовывать оксид и карбид.

Кислоты. Химическая активность титана по отношению к галоидам также проявляется в его соединении с их кислотами. Самая быстрая реакция снова с фторидом. Эта реакция имеет различные применения; является одним из основных растворителей металлов и их сплавов для химического анализа; он используется как общий травитель как в макро-, так и в микромасштабе, в металлографических работах; и он также используется в качестве средства для удаления накипи.

Действие соляной кислоты и сходным образом серной кислоты протекает медленно при комнатной температуре. Однако небольшой подвод тепла ускоряет атаку, что приводит к образованию низших хлоридов и моносульфата. Эти реакции используются так же, как и фтористоводородная кислота, и, поскольку они менее токсичны и коррозионно-активны, они постепенно заменяют фторид кислоты.

Органика. Химическая активность титана по отношению к органическим материалам используется металлургической промышленностью лишь в незначительной степени.Реакции органической кислоты и титана образуют цветные пленки на поверхности металла и используются металлографами для окрашивания микрообразцов.

Твердые вещества. В расплавленном состоянии титан соединяется со многими металлами, металлоидами и углеродистыми веществами, образуя очень важные системы. В оксидном состоянии он реагирует с щелочными, щелочноземельными и тяжелыми неблагородными металлами с образованием титанатов, некоторые из которых изучаются в сочетании с более дешевыми методами производства.

Реакция на металлоиды, особенно на оксиды металлов, чрезвычайно беспокоила литейщика, поскольку расплавленный титан сильно разрушает большинство известных огнеупоров с образованием систем металл-металлоид. Такие огнеупорные материалы, как двуокись кремния и окись алюминия, настолько сильно разрушаются, что их использование опасно. Из всех металлоидов только оксид бериллия и оксид тория показали сколько-нибудь заметное сопротивление жидкому металлу.

Еще одна очень важная реакция — это реакция углерода и титана.Металл в расплавленном состоянии имеет большое сродство к углероду, и из-за его пагубного влияния на свойства титана необходимо соблюдать крайнюю осторожность, чтобы свести к минимуму его присутствие в готовых изделиях.

Электрохимия. Металл может быть осажден различными сложными методами, ни один из которых не дает промышленно применимых пленок. Для восстановления металла из его четырехвалентного состояния в двух- и трехвалентную формы использовались электролитические средства с использованием кислых электролитов и электродов из свинца, меди, платины или ртутной струи.

Безопасность. Химическая активность титана, как правило, неопасна. За исключением мелкодисперсных частиц и металла, подвергшегося воздействию дымящей азотной кислоты в течение длительного времени, не обнаружено ни взрывоопасности, ни воспламенения.

Механические свойства

Свойства при растяжении. Нелегированный титан может иметь предел прочности при растяжении в диапазоне от 35 000 фунтов на квадратный дюйм (250 МПа) для металла высокой чистоты, полученного в процессе восстановления йодом, до 100 000 фунтов на квадратный дюйм (690 МПа) для металла, полученного из губчатого титана высокой твердости.Изделия из нелегированного титана, выплавленные дугой, обладают достаточной пластичностью.

Пластичность. Изделия из технически чистого титана, полученные дуговым плавлением, обладают пластичностью от 20% до 40% относительного удлинения и от 45% до 65% уменьшения площади, в зависимости от содержания междоузлий. Йодный процесс титана дает продукт, обладающий 55% удлинением при 80% уменьшении площади.

Как и в случае со сталью, титан сплавляют с другими металлами для повышения прочности.Такие металлические добавки, как Al , V , Cr , Fe , Mn , Sn , используются либо в виде бинарных добавок, либо в виде сложных систем. Результирующее увеличение прочности достигается, однако, при снижении пластичности.

Модуль упругости. Нелегированный титан имеет модуль приблизительно 15×10 ⁶ фунтов на квадратный дюйм и может быть увеличен до приблизительно 18×10 ⁶ фунтов на квадратный дюйм путем легирования. Модуль титана выгодно отличается от модуля алюминия (10.4×10 ⁶ ) и магния (6,4×10 ⁶ ), но плохо со сталью (29×10 ⁶ ).

Как и модуль упругости, модуль сдвига, модуль жесткости титана находится между алюминием и сталью.

Твердость. Титан является гораздо более твердым металлом, чем алюминий, и приближается к высокой твердости, которой обладают некоторые термообработанные легированные стали. Титан йодидной чистоты имеет твердость 90 VHN (по Виккерсу), нелегированный технический титан имеет твердость около 160 VHN, а при легировании и термообработке титан может достигать твердости в диапазоне от 250 до 500 VHN.Можно ожидать, что типичный коммерческий сплав с пределом текучести 130 000 фунтов на квадратный дюйм будет иметь твердость около 320 VHN или 34 Rockwell C.

Ударопрочность. Знание прочности на растяжение и пластичности металла недостаточно для многих инженерных приложений без знания ударной вязкости. Титан относится к тем немногим металлам, которые обладают хорошей ударной вязкостью наряду с высокой прочностью и пластичностью.

Титан может иметь ударную вязкость в диапазоне от более чем 100 футо-фунтов по Шарпи для йодистого продукта более высокой чистоты и 30 футо-фунтов для коммерческого нелегированного продукта до 1 или 2 футо-фунтов для некоторых высокопрочных, но хрупких сплавов.

Сравнение титана Grade 9 и Grade 5: правильный выбор…

Сравнение характеристик титана класса 9 и класса 5

В течение десятилетий Титан класса 5, 6-4 доминировал в обсуждении титана, когда дело доходит до производственных применений, в основном из-за широкого использования этого сплава рабочей лошадки для военных и передовых аэрокосмических приложений. Документации по титану класса 5 предостаточно, и, поскольку он традиционно был наиболее коммерчески доступным титановым сплавом, он более известен.Что не так хорошо известно, так это тот факт, что, хотя сплав титана класса 5 в два раза прочнее, его низкая формуемость делает его в два раза более трудным для работы, чем титан класса 9. Хотя оба сплава превосходны, титан класса 5 не всегда является лучшим выбором титана для экономичных и прецизионных производственных приложений в аэрокосмической, автомобильной, медицинской, нефтяной, газовой и энергетической отраслях.

Титан класса 9 ( 3-2,5 ) часто является лучшим выбором для широкого спектра применений во всех отраслях промышленности, идеально подходящих для производства высокотехнологичных продуктов, от медицинских кардиостимуляторов до аэрокосмических сот.

Титан Grade 9 обладает гораздо большей прочностью, чем технически чистый титан. Одним из основных преимуществ этого сплава титана с 3% алюминия, 2,5% ванадия является то, что он может подвергаться холодной обработке, в отличие от Ti-6-4,
, что приводит к хорошей пластичности, умеренно высокой прочности и отличной устойчивости к коррозии.

И класс 5, и класс 9 представляют собой альфа-бета-титановые сплавы с общим составом сплава на 90%, но при рассмотрении производственных, трудовых и производственных затрат возникают явные различия.Оба являются превосходными металлами с превосходными характеристиками прочности и коррозионной стойкости. Использование Ti 6-4, когда сплав Ti 3-2,5 может легко удовлетворить ваши требования к компонентам, определенно может оказать негативное влияние на вашу прибыль. Область применения всегда является определяющим фактором при выборе между титаном класса 5 или класса 9.

Сварка титана любой марки может быть сложным процессом, требующим специальной атмосферы и передовых методов, таких как MIG, TIG, плазменная дуга и электронно-лучевая сварка.У НАСА есть 217-страничный документ «Процедуры сварки титана и титановых сплавов », в котором подробно описывается текущее состояние техники, включая очистку перед сваркой, очистку и операции после сварки, а также проектирование соединений. Неотъемлемые производственные затраты и техническая точность, необходимые для работы с титаном, делают обязательным использование наиболее рентабельного сплава всякий раз, когда это позволяет применение, и для многих применений это сплав титана 3-2,5.

Повышенная стоимость с титаном класса 5 6Al-4V

Несмотря на то, что титан Grade 5 несколько превосходит титан Grade 9 по некоторым характеристикам материала, таким как прочность на сдвиг и растяжение, использование его в производственных приложениях, где оптимальна работа с прецизионной катаной катушкой, сопряжена с серьезными проблемами.

Для сложных применений, таких как биомедицинские имплантаты, где необходим материал, который может имитировать кость, и высокотемпературные конструкционные применения в аэрокосмической промышленности Титан класса 5 (Ti-6Al-4V) является обычным выбором.

Ванадий является важным легирующим элементом для титана классов 5 и 9. При легировании Ti полученный титановый сплав значительно прочнее технически чистого титана, сохраняя при этом сопоставимые жесткость и тепловые характеристики. Как уже упоминалось, класс 5 имеет свойства, аналогичные человеческим костям, что делает его популярным выбором для ортопедических медицинских устройств. Другие более распространенные области применения включают кольца для натяжения, детали велосипедов, а также гайки и болты, используемые в суровых условиях.

Обычно Титан класса 5 , также известный на производственных площадках как «6-4», используется для операций, связанных с механической обработкой. Титановый сплав чаще всего доступен только в пластинах и листах, а не в рулонах. Поскольку 5-й класс не поддается холодной штамповке, его нельзя так же эффективно штамповать или вытягивать, как титан 9-го класса.Чаще всего он используется, когда нет необходимости в формовании, потому что есть лучшие варианты в формуемых титановых сплавах. Марка 5 может подвергаться горячей штамповке с контактным нагревом, но требует специального оборудования и соображений, не столь упорядоченных, как процесс серийного производства при разматывании с рулона.

Титан

Grade 5 — фантастический материал, который очень востребован для чрезвычайно требовательных приложений. В результате более высоких производственных затрат на вакуумную плавку и производственные затраты растут, а более высокая стоимость увеличивает складской риск и затраты на хранение для производителей.Для достижения желаемой толщины сталь класса 5 должна быть тщательно вырезана или отшлифована, и ее использование в приложениях с малыми размерами строго ограничено. В результате этих операций резки и шлифования лом титанового материала класса 5 не может быть переплавлен после его смешивания с мелющими телами, что увеличивает потери выхода.

Вот почему производители 21-го века всех уровней рассматривают Titanium 3-2.5 как решение, когда для их производственного применения необходимы полосовые, фольговые или проволочные калибры.

Производственные решения с использованием титана Grade 9 3Al-2.5V

В Ульбрихе мы предлагаем титан класса 9 в качестве холоднокатаной, более пригодной для обработки альтернативы его двоюродному брату, состоящему из 6% алюминия и 4% ванадия. Ti 3Al-2.5V — лучший вариант для приложений, где точность имеет первостепенное значение, и помогает сократить расходы наших клиентов и улучшить цепочку поставок JIT (Just in Time), которая так распространена в сегодняшней конкурентной многоуровневой производственной среде. Универсальный титан марки 9 3Al-2,5V доступен в проволоке, фольге и полосовых бухтах для заказа по требованию с короткими сроками поставки, чтобы уменьшить потребность в складировании в дорогостоящих складских помещениях.

Титан

класса 9, или для краткости TI 3-2,5, можно прокатывать до гораздо меньших размеров, что делает его гораздо более универсальным для более широкого спектра деталей и компонентов, чем класс 5. Титан класса 9 обладает превосходной коррозионной стойкостью и может быть используется при более высоких температурах, чем коммерчески чистые марки 1–4. Поскольку титан 3-2,5 может подвергаться холодной прокатке и формованию, он идеально подходит для прецизионных применений в медицинской, аэрокосмической, морской и автомобильной промышленности с более легкой обрабатываемостью и отличными устойчивость к коррозии. В отличие от титана 6-4, 9-й класс можно волочить, штамповать и формовать, и мы можем прокатывать его до очень тонких толщин 0,001 дюйма или 0,025 мм. Марка 9 поддается термообработке с хорошей свариваемостью, и ее гораздо легче формовать. чем титан класса 5, и его можно упрочнить холодной обработкой и старением.Некоторые распространенные области применения включают:

Титан

Grade 9 является оптимальным решением для многих инженеров и производителей, которые ищут способ сократить разрыв между трудностями и расходами, связанными с работой с коммерчески чистыми сортами титана и титановым сплавом Grade 5.Если вы считаете, что титан класса 9 может быть предпочтительным металлом для вашего применения, не стесняйтесь обращаться к специалисту Ульбриха сегодня для консультации.

Титан класса 5 (Ti-6Al-4V/UNS R56400)

Описание

Титановый сплав класса 5 считается рабочей лошадкой среди производителей титановых сплавов. Это полностью термообрабатываемый сплав, который можно быстро сваривать для изготовления деталей для аэрокосмической техники, а также для морских и оффшорных применений. Это один из важнейших компонентов деталей двигателей многих судов.

По сравнению с чистым коммерческим титаном он более жесткий и имеет такие же тепловые свойства. Он также обладает отличной усталостной прочностью и низкой способностью к тепловому расширению, что делает его пригодным для подводной газовой и нефтяной промышленности.

Общие названия:

Ti6al4v
Ti-6AL-4V
Ti 6-4
TI 6-4
TC4

Химические свойства:

Титан (%): 87.6-91
Алюминий %): 5.5-6,76
Ванадий (%): 3,5-4,5
Прочие (%): Остаток

Механические свойства:

Предел текучести (МПа) (старение при
Прочность на растяжение (МПа): 897-1000
Прочность на растяжение (ksi): 130-145
Удлинение при разрыве более 2 дюймов: 10-18 %
Модуль упругости (ГПа): 114
Модуль упругости (msi): 17
Твердость (C по Роквеллу): 36

Физические свойства:

°C /0,134 (БТЕ/фунт-°F)
Теплопроводность: 7,2 (Вт/мК) / 67 (БТЕ-дюйм/ч-фут ² – ^o F)
Расширение: 8,6*10 ^-6 (0-100°C /°C) /4,8 (0-212°F /°F)
Уменьшение площади (%): 20

Основные характеристики:

Термообрабатываемый: Титан гр 5 выдерживает нагрев до 400 ^o Следовательно, он очень желателен для отраслей промышленности, где двигатели машин могут сильно нагреваться.
Стойкость к коррозии: 6 4 Титан является одним из наиболее эффективных коррозионно-стойких сплавов среди марок титана, который устойчив к коррозионным воздействиям, таким как кислоты и некоторые газы.
Легкий, но прочный: Легкий вес класса 5 делает его подходящим для многих отраслей промышленности, где требуется, чтобы машины могли плавать или висеть на воздухе или в воде. Так, этот сплав широко используется для строительства самолетов и кораблей.
Свариваемый и пригодный для изготовления : Сваривать титановые сплавы легко, но класс 5 намного лучше в этой области по сравнению с другими.Следовательно, придание формы деталям, изготовленным из этого сплава, требует меньших затрат времени и труда.

Доступны продукты. , AMS 4965, AMS 4967, AMS 4963, MIL-T-9046, MIL-T-9047, AMS 4920

тарелка, лист и полоса

Сварочная проволока

Области применения:

Aircraft Construction
Кольца для реактивных двигателей
CARE-CARE и SPACE CAPSULE Компоненты
Сосуды под давлением
Медицинское оборудование
Медицинское оборудование
Спортивные товары

Возможные альтернативные оценки:

Титана 23 : Это одна из самых коррозионностойких разновидностей титановых сплавов. Он очень пластичен, так как имеет меньшее содержание кислорода по сравнению с титаном TC4. Марка 23 прочная, легкая и предпочтительна в условиях соленой воды.
Титан 4 класса : Это твердый сорт титана, но с пониженной пластичностью. Он поддается формованию и сварке и может использоваться для изготовления жестких деталей машин.

Часто задаваемые вопросы:

Как производится титан класса 5?

Титан марки 5 производится путем первичной плавки с использованием различных технологий, таких как вакуумно-дуговая (VAR), плазменно-дуговая плавка в очаге (PAM) или электронно-лучевая плавка (EB).

Какие стандартные методы термообработки используются?

Типичными методами термообработки являются обработка на твердый раствор и старение, дуплексный отжиг и отжиг на мельнице.

Каково максимальное значение модуля Юнга для титана класса 5?

Максимальное значение модуля Юнга титана марки 5 составляет 113 ГПа.

Механические свойства сплавов цветных металлов :: HighExpert.RU

Основные характеристики механических свойств сплавов цветных металлов

Механический свойства алюминиевых сплавов

Механические свойства алюминиевых деформируемых сплавов

Механические свойства титановых сплавов

Механический свойства медных сплавов

Механические свойства деформируемых латуней

Механические свойства деформируемых бронз

Механические свойства медно-никелевых сплавов

Свойства чистого титана — Энциклопедия по машиностроению XXL

Марочник стали и сплавов — Титан, сплав титана ВТ16 : химический состав и свойства

Титан и сплавы на его основе

Пруток ВТ20

Альфа/бета титановый сплав с высокой прочностью и пластичностью

Имплантаты для хирургии. Металлические материалы. Часть 2. Нелегированный титан – РТС-тендер

Приложение ДА

Чистый титан – обзор

ПОДГОТОВКА

Перспективные свойства при растяжении и усталости технически чистого титана, обработанного ротационной обжимкой и отжигом

3.1. Tensile Properties

Таблица 1

3.2. Предел выносливости

Таблица 2

3.3. Микроструктуры с предпочтительной кристаллографической текстурой

Таблица 3

Таблица механических свойств Титановая пластина ASTM

Химические и механические свойства титана и его сплавов

Химические свойства

Механические свойства

Сравнение титана Grade 9 и Grade 5: правильный выбор…

Сравнение характеристик титана класса 9 и класса 5

Повышенная стоимость с титаном класса 5 6Al-4V

Производственные решения с использованием титана Grade 9 3Al-2.5V

Титан класса 5 (Ti-6Al-4V/UNS R56400)

Описание

Добавить комментарий Отменить ответ