Chunghợp kim titanđược phân thành năm cấp độ sức mạnh: sức mạnh thấp (<500 MPa), standard strength (>500 MPa), medium strength (>900 MPa), cường độ cao (cấp 1.000 MPa) và cường độ-cực cao (cấp 1.200 MPa). Hôm nay, chúng tôi sẽ giải thích chính xác lý do tại sao mỗi loại lại bền hơn loại trước đó-chỉ có một số cách để làm cho kim loại cứng hơn. Sau khi hiểu được bốn "thủ thuật tăng cường" này, bạn sẽ có thể tự mình tìm ra lý do tại sao hệ thống phân cấp năm cấp- lại được sắp xếp như vậy.
Lớp 1 (<500 MPa): Pure Titanium-Supported by "Impurities" At the very bottom of the ladder is industrial-grade pure titanium, designated as ASTM Grades 1–4.
Titan nguyên chất hầu như không chứa các nguyên tố hợp kim, vậy sức mạnh của nó đến từ đâu? Câu trả lời thật đáng ngạc nhiên-nó chủ yếu dựa vào tạp chất oxy. Titan nguyên chất cấp công nghiệp{2}}được phân loại theo hàm lượng oxy: Loại 1 có hàm lượng oxy không quá 0,18% và độ bền kéo khoảng 240 MPa; Loại 2 có hàm lượng oxy khoảng 0,25%, độ bền kéo khoảng 345 MPa; đến lớp 4, hàm lượng oxy tăng lên 0,40% và độ bền kéo đạt 550 MPa, trong khi độ dẻo giảm dần. Nói cách khác, loại titan nguyên chất càng cao thì nó càng mạnh. Bí mật không nằm ở "titan tinh khiết hơn" mà chính xác là ở "nhiều tạp chất hơn".
Loại này cũng bao gồm hai "biến thể chống ăn mòn đặc biệt": GR7 (Ti{4}}0,2Pd), chứa 0,2% palladium và được thiết kế đặc biệt cho các axit có tính khử cao như axit clohydric ở nhiệt độ cao và axit sulfuric; và GR12 (Ti{11}}0,3Mo-0,8Ni), thay thế palladium đắt tiền bằng molypden và niken, mang lại khả năng chống ăn mòn gần bằng TA9 với chi phí thấp hơn. Cả hai đều không có độ bền cao, nhưng trong các ngành công nghiệp hóa chất và clo-kiềm, nơi lò phản ứng, bộ trao đổi nhiệt và đường ống phải "chống gỉ, dễ hàn và có khả năng tồn tại trong nhiều thập kỷ", độ bền đơn giản không phải là yếu tố then chốt cần cân nhắc.
Level 2 (>500 MPa): Các nguyên tố hợp kim xuất hiện lần đầu. Tiến lên từ cấp độ trước, các kỹ sư bắt đầu thêm các nguyên tố vào titan, giới thiệu chất thay thế và tăng cường dung dịch rắn.
Ti-5Al-2.5Sn: Nhôm hợp kim cổ điển. 5% mang lại khả năng tăng cường dung dịch rắn, trong khi thiếc 2,5% hỗ trợ tăng cường. Nó đạt được cường độ 700 MPa, có thể tạo hình và hàn được, đồng thời thể hiện độ bền ở nhiệt độ thấp đặc biệt tốt. Trước đây, nó được sử dụng rộng rãi trong các thùng chứa đông lạnh chứa hydro lỏng và oxy lỏng.
Ti-2Al-1,5Mn: Một hợp kim + sử dụng mangan rẻ tiền để ổn định pha. Với cường độ 600 MPa, nó mang lại hiệu suất dập và hàn tốt và là lựa chọn phổ biến cho các bộ phận kim loại tấm chi phí thấp.
Ti-2.5Cu (IMI230 của Anh): "Cái lẻ" trong sách giáo khoa của lớp-này đặc biệt lưu ý rằng nó "có thể bị già đi-cứng lại." Đồng tạo thành pha kết tủa Ti₂Cu trong titan, tuân theo cơ chế tăng cường thứ tư; nó là một trong số ít các hợp kim gần có thể được tăng cường thông qua xử lý nhiệt.
Grade 3 (>900 MPa): GR5, nằm ở giữa bậc thang "toàn năng vô địch" của hợp kim hai pha-, là cấp nổi bật nhất trong toàn bộ ngành công nghiệp titan, chỉ có một sao: GR5, Ti-6Al-4V hoặc Cấp 5 theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ. Nó được định nghĩa trên toàn thế giới chỉ bằng năm từ: "hợp kim titan được sử dụng rộng rãi nhất". Hợp kim đơn này chiếm 55% đến 65% sản lượng hợp kim titan toàn cầu. Được phát triển lần đầu tiên vào năm 1954 tại Water City Arsenal ở Hoa Kỳ, nó vẫn là một mặt hàng chủ lực trong bảy thập kỷ.
Cấp 4 (1000 MPa): Tiến xa hơn lên độ dốc lớn của đường cong hợp kim, hợp kim đại diện là Ti-6Al{11}}6V-2Sn, cũng chứa một lượng nhỏ đồng và sắt. Cách tiếp cận rất đơn giản: xây dựng dựa trên công thức GR5 để tăng hàm lượng vanadi từ 4% lên 6%, sau đó thêm 2% thiếc và sắt đồng. Điều này dẫn đến tỷ lệ pha cao hơn và dung dịch rắn lớn hơn, đẩy độ bền lên 1.000–1.100 MPa, khiến nó phù hợp cho các vật liệu rèn và ốc vít hàng không vũ trụ chịu tải trọng cao hơn.
Phần kết luận
Từ titan nguyên chất có cường độ 240 MPa, được hỗ trợ bởi tạp chất oxy, đến hợp kim nhôm mới có cường độ 1.500 MPa đạt được nhờ kết tủa nano-, mỗi nấc trên "thang cường độ" này thể hiện sự xuất hiện của một cơ chế tăng cường mới: dung dịch rắn xen kẽ → dung dịch rắn thay thế → giao diện hai pha → kết tủa nano. Về cơ bản, điều mà các nhà khoa học vật liệu đã và đang làm trong bảy mươi năm qua là dựng lên những rào cản ngăn chặn sự sai lệch; Những rào chắn này được xây dựng càng chính xác thì độ bền càng cao.
E-thư điện tử:garychen3215@hotmail.com
Địa chỉ: Số 35, Đường Baoti, thành phố Baoji, tỉnh Thiểm Tây, Trung Quốc
Liên hệ: Mr. Gary Chen
Điện thoại: +86-917-8883215
Thiết bị di động/WhatsApp: +86 13092900605
