Prinsipp: Smeltet titan helles i prefabrikkerte former og størkner for å danne komponenter i nesten-nett-form, vanligvis ved bruk av investeringsstøping (tapt-voksstøping) for komplekse geometrier.
Intern struktur
Støpt titan (inkludert kommersielt rent titan og legeringer som GR.5) har en grov, retningsbestemt mikrostruktur dominert av søyleformede eller likeaksede korn, med høy grad av segregering av legeringselementer (f.eks. Al og V i GR.5) ved korngrenser. Den as-støpte strukturen inneholder ofte støpefeil som krympeporøsitet, gassporer (H₂, N₂) og ikke--metalliske inneslutninger (TiO₂). For +-legeringer som GR.5 er den -støpte mikrostrukturen primært lamellær + (Widmanstätten-struktur), uten betydelig kornforfining eller teksturutvikling.
Tetthet
Den teoretiske tettheten til titan er 4,51 g/cm³, men støpt titan har enrelativ tetthet på 95–98 %på grunn av iboende porøsitet og krympingsfeil. Alvorlige krympende hulrom eller store porer kan ytterligere redusere tettheten til under 95 %, noe som fører til stresskonsentrasjon og forringelse av ytelsen.
Mekaniske egenskaper
Styrke og duktilitet: Støpt titan har lav strekkfasthet- ved romtemperatur (f.eks. ettersom -støpt GR.5 har en strekkstyrke på 700–750 MPa, ~15 % lavere enn glødet smidt GR.5) og dårlig duktilitet (forlengelse på 5–8 %, mindre enn halvparten av smidde sorter) på grunn av co-separering. Dens flytestyrke er også lav (600–650 MPa) med betydelig anisotropi forårsaket av retningsbestemt størkning.
Seighet og tretthet: Bruddfasthet som -støpt GR.5 er bare 30–40 MPa·m¹/² (vs. 60 MPa·m¹/² for smidd materiale), og utmattingsstyrken (10⁷ sykluser) er 200–250 MPa (en 37–50 % reduksjon fra smidde grader fungerer som c som smidde grader).
Høy-temperaturytelse: Den lamellformede strukturen gir moderat krypemotstand ved 300–400 grader, men den generelle høye-temperaturstyrken er dårligere enn bearbeidet titan på grunn av lav fortetning.
Prinsipp: Titanium barrer utsettes for høy-temperatur (under -transus for + legeringer) plastisk deformasjon via hammer eller pressesmiing, bryter grove støpte korn og danner en deformert mikrostruktur.
Intern struktur
Smidd titan har enraffinert, deformert + mikrostrukturmed retningsbestemt kornstrøm (fibrøs tekstur) langs smiretningen. Den som-smidde strukturen eliminerer støpefeil (porøsitet, segregering) og bryter ned grove lamellkorn til likeaksede eller bimodale + korn (avhengig av smitemperatur og kjølehastighet). For GR.5 gir gløding etter smiing en jevn likeakset + struktur med kornstørrelser på 5–10 μm (mot . 50–100 μm for som-støpt materiale).
Tetthet
Smiing eliminerer indre porer og komprimerer materialet, noe som resulterer i enrelativ tetthet på større enn eller lik 99,5 %, nær den teoretiske tettheten til titan. Fortettingen sikrer ingen indre tomrom som kan forårsake stresskonsentrasjon.
Mekaniske egenskaper
Styrke og duktilitet: Smidd og glødet GR.5 har en strekkstyrke på 860–900 MPa, flytegrense på 800 MPa og en forlengelse på 10–15 %, noe som representerer en balansert kombinasjon av høy styrke og duktilitet. Den retningsbestemte kornstrømmen fører til moderat anisotropi (styrken langs smiretningen er 5–10 % høyere enn tverretningen).
Seighet og tretthet: Bruddfastheten når 55–65 MPa·m¹/², og 10⁷-tretthetsstyrken er 350–400 MPa, betydelig høyere enn støpt titan, på grunn av kornforfining og eliminering av defekter.
Høy-temperaturytelse: Den bimodale mikrostrukturen til smidd GR.5 gir utmerket krypemotstand ved 300–400 grader (krypbelastning<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
Prinsipp: Titanblokker eller -blokker behandles via varm/kald valsing for å produsere plater, plater eller strimler, med plastisk deformasjon som oppstår langs rulleretningen for å danne en flat, strukturert mikrostruktur.
Intern struktur
Varmvalset-titan har enomkrystallisert likeakset + mikrostrukturmed korn forlenget langs rulleretningen (danner en rullende tekstur). Kald-valset titan (før gløding) har en deformert, arbeids-herdet struktur med høy dislokasjonstetthet; gløding etter kaldvalsing foredler korn til 3–5 μm (finere enn smidd titan). For GR.5-ark har den valsede strukturen en sterk {0001} basal tekstur, noe som fører til betydelig anisotropi i formbarhet og mekaniske egenskaper.
Tetthet
Rulling oppnår full fortetting med enrelativ tetthet på større enn eller lik 99,8 %, da den kontinuerlige trykkdeformasjonen eliminerer gjenværende porøsitet og sikrer jevn materialpakking. Kaldvalsing forbedrer tettheten ytterligere ved å redusere intergranulære hull.
Mekaniske egenskaper
Styrke og duktilitet: Annealed hot-rolled GR.5 sheets have a tensile strength of 850–880 MPa, yield strength of 780–800 MPa, and elongation of 12–18% (higher ductility than forged titanium due to finer grains). Cold-rolled (unannealed) GR.5 has ultra-high strength (tensile strength >1000 MPa) men lav duktilitet (forlengelse<5%) due to work hardening.
Seighet og tretthet: Bruddfastheten til valset GR.5 er 50–60 MPa·m¹/² (litt lavere enn smidde kvaliteter på grunn av tekstur-indusert anisotropi), mens utmattingsstyrken er 380–420 MPa (høyere enn smidd materiale på grunn av finere kornstørrelse og jevn overflatefinish).
Formbarhet: Valsede ark har utmerket kaldformbarhet (f.eks. bøying, stempling) langs rulleretningen, men formbarheten er dårlig i tverrretningen på grunn av sterk tekstur, noe som begrenser bruken i komplekse-formede komponenter.
Prinsipp: Titanpulver (produsert via gassforstøvning eller hydrid-dehydrid (HDH)-metoder) komprimeres og sintres ved høye temperaturer for å danne fullstendig tette komponenter, noe som muliggjør nesten-netto-formproduksjon og mikrostrukturkontroll.
Intern struktur
PM titan har enensartet,-finkornet likeakset mikrostruktur(kornstørrelse 2–5 μm) uten retningsbestemt tekstur eller segregering, da pulverpartikler blir fullstendig omkrystallisert under sintring. For PM GR.5 er mikrostrukturen en homogen + matrise med jevnt fordelte fine -fasepartikler. Imidlertid kan gjenværende porer (mindre enn eller lik 1 % volumfraksjon) og mindre oksidinneslutninger (fra pulveroverflateoksidasjon) forbli ved korngrensene.
Tetthet
Tettheten til PM-titan avhenger av sintringsparametere: vakuumsintret PM-titan har enrelativ tetthet på 98–99,5 %, mens varm isostatisk pressing (HIP) etter-behandling kan øke tettheten til mer enn eller lik 99,8 %, tilsvarende nivåer av smidd titan. HDH-pulver (uregelmessig form) gir lavere tetthet enn gass-atomisert pulver (sfærisk form) på grunn av dårlig pakkingseffektivitet.
Mekaniske egenskaper
Styrke og duktilitet: Sintret PM GR.5 har en strekkfasthet på 800–850 MPa, flytegrense på 750–780 MPa og en forlengelse på 8–12 % (litt lavere enn smidde kvaliteter på grunn av gjenværende porøsitet). HIP-behandlet PM GR.5 oppnår en strekkstyrke på 850–900 MPa og en forlengelse på 10–15 %, sammenlignet med smidd titan.
Seighet og tretthet: Bruddfastheten til PM GR.5 er 45–55 MPa·m¹/² (lavere enn smidt materiale på grunn av oksidinneslutninger), og utmattingsstyrken er 300–350 MPa (forbedret til 380–400 MPa med HIP). Den fine-strukturen gir PM titan utmerket slitestyrke, som overgår den for smidde kvaliteter.
Kostnad og tilpasning: PM muliggjør produksjon av komplekse komponenter med minimalt med materialavfall, men pulveroksidasjon og porøsitet begrenser bruken i romfartsapplikasjoner med høy-tretthet, noe som gjør den egnet for industrielle og medisinske komponenter (f.eks. ortopediske implantater) med moderate ytelseskrav.
