Титановый сплав TA2, также известный как титан Grade 2, — это коммерчески чистый титан с несколько более высокой прочностью по сравнению с TA1, при сохранении превосходной коррозионной стойкости и хорошей формуемости. Он широко применяется в узлах, где требуются умеренная прочность, отличная свариваемость и долговечность в коррозионных средах.
TA2 особенно подходит для прецизионных компонентов в аэрокосмической отрасли, химической переработке, морской индустрии и медицине. Его работоспособность под давлением и высокая термическая стабильность делают его идеальным материалом для изготовления титановых деталей, обработанных на ЧПУ, требующих жестких допусков и длительного срока службы. TA2 часто производится с использованием передовых услуг ЧПУ-обработки для точной и эффективной обработки.
Элемент | Диапазон содержания (мас.%) | Основная роль |
|---|---|---|
Титан (Ti) | Основа (≥98.5) | Обеспечивает коррозионную стойкость и структурную целостность |
Кислород (O) | ≤0.25 | Повышает прочность при минимальной потере пластичности |
Азот (N) | ≤0.03 | Увеличивает прочностные характеристики и твердость |
Углерод (C) | ≤0.08 | Контролирует рост зерна и механическую прочность |
Железо (Fe) | ≤0.3 | Остаточный элемент, влияющий на свариваемость и вязкость |
Водород (H) | ≤0.015 | Требует контроля для предотвращения охрупчивания |
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт/условия испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 4.51 г/см³ | ASTM B311 |
Диапазон плавления | 1660–1670°C | ASTM E1268 |
Теплопроводность | 16.4 Вт/м·К при 100°C | ASTM E1225 |
Электрическое сопротивление | 0.46 µΩ·м при 20°C | ASTM B193 |
Тепловое расширение | 8.9 µм/м·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Удельная теплоемкость | 545 Дж/кг·К при 20°C | ASTM E1269 |
Модуль упругости | 103 ГПа при 20°C | ASTM E111 |
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт испытаний |
|---|---|---|
Предел прочности при растяжении | 345–485 МПа | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 275–410 МПа | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | ≥20% | ASTM E8/E8M |
Твердость | 160–200 HB | ASTM E10 |
Сопротивление ползучести | Умеренное | ASTM E139 |
Усталостная прочность | Хорошая | ASTM E466 |
Повышенная коррозионная стойкость: TA2 демонстрирует исключительную стойкость к соленой воде, кислотам и щелочным средам. Он образует плотную оксидную пленку (TiO₂), что делает его подходящим для химических реакторов, морских теплообменников и труб конденсаторов.
Умеренная прочность и отличная пластичность: При пределе прочности до 485 МПа и удлинении ≥20% TA2 сочетает формуемость и прочность, позволяя выполнять глубокую вытяжку и холодную формовку сложных геометрий.
Превосходная свариваемость: TA2 характеризуется низким уровнем межузельных примесей и высокой устойчивостью к охрупчиванию при сварке плавлением. Это делает его идеальным для сосудов под давлением, трубопроводных систем и сварных рам в аэрокосмическом и медицинском оборудовании.
Биосовместимость: Сплав нетоксичен и хорошо совместим с тканями человека, поэтому является материалом выбора для хирургических имплантов и стоматологической фурнитуры.
Накопление тепла: Из-за теплопроводности ниже, чем у стали (~16.4 Вт/м·К), зона резания быстро достигает высоких температур, что усиливает износ инструмента.
Адгезия инструмента и задиры: Титан TA2 прилипает к режущим кромкам при повышенных температурах, образуя нарост (BUE), который ухудшает качество поверхности.
Упругая отдача: Модуль упругости TA2 (103 ГПа) приводит к «пружинению» при чистовых проходах, что усложняет обеспечение размерной точности.
Умеренный наклеп: TA2 упрочняется под давлением инструмента, поэтому требуется стабильное удаление стружки, чтобы избежать поверхностного упрочнения.
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | Микрозернистый твердый сплав, пластины CBN | Противодействует тепловой нагрузке и наклепу |
Покрытие | TiSiN, AlTiN (3–5 µm) | Минимизирует адгезию, улучшает тепловой барьер |
Геометрия | Острая кромка, высокий передний угол, низкий угол спирали | Снижает силу резания и предотвращает задиры |
Скорость резания | 30–80 м/мин | Баланс качества поверхности и стойкости инструмента |
Подача | 0.08–0.25 мм/об | Обеспечивает толщину стружки для отвода тепла |
СОЖ | Эмульсия высокого давления (≥80 бар) | Улучшает отвод тепла и эвакуацию стружки |
Операция | Скорость (м/мин) | Подача (мм/об) | Глубина резания (мм) | Давление СОЖ (бар) |
|---|---|---|---|---|
Черновая обработка | 20–30 | 0.15–0.25 | 2.0–3.0 | 70–100 (через инструмент) |
Чистовая обработка | 35–60 | 0.05–0.10 | 0.3–0.5 | 100–150 |
Горячее изостатическое прессование (HIP) может повысить усталостную прочность за счет устранения микропор и увеличения плотности в ответственных конструкционных деталях TA2.
Термическая обработка TA2 включает отжиг для снятия напряжений при 540–650°C с целью повышения размерной стабильности и улучшения обрабатываемости.
Сварка суперсплавов обеспечивает высокопрочные сварные соединения с минимальными деформациями, что идеально для тонкостенных и высоконагруженных узлов под давлением.
Теплозащитное покрытие (TBC) защищает детали TA2 в условиях экстремальных температур, снижая окисление поверхности и термическую усталость.
ЧПУ-обработка требуется для получения допусков субмиллиметрового уровня и сложных геометрий для промышленных и аэрокосмических компонентов TA2.
Электроэрозионная обработка (EDM) полезна для получения элементов с жесткими допусками и микроотверстий в деталях TA2 без внесения механических напряжений.
Глубокое сверление обеспечивает прямолинейность <0.3 мм/м и отличное качество внутренней поверхности (Ra ≤ 1.6 µm), подходит для каналов потока и форсунок из TA2.
Испытания материалов, такие как испытания на растяжение, XRD и SEM, подтверждают соответствие стандартам качества TA2 для аэрокосмического и медицинского применения.
Программы испытаний для TA2 включают механические испытания (растяжение, усталость, твердость), металлографический анализ и неразрушающий контроль (NDE), включая ультразвуковой контроль и вихретоковую дефектоскопию для подтверждения целостности деталей.
Аэрокосмическая отрасль: Используется в топливных баках, кронштейнах и воздуховодах систем кондиционирования благодаря прочности и коррозионной стойкости.
Химическая переработка: Изготавливается в виде реакторов, насосов и кислотных трубопроводов благодаря отличной стойкости к окислителям и восстановителям.
Медицина: Импланты, ортопедические пластины и хирургические инструменты, требующие чистоты, биосовместимости и низкого модуля упругости.
Морская отрасль: Крепеж, теплообменники и трубки опреснения, работающие в средах морской воды и рассолов.
Энергетика: Применяется в конденсаторах, скрубберах и выхлопных системах, где возможен контакт с хлоридами и кислотами.