Stopy tytanu typu alfa opierają swoje wzmocnienie na umocnieniu roztworowym i rozdrobnieniu ziarna, a nie na konwencjonalnym umacnianiu przez obróbkę cieplną. W niniejszym przewodniku omówiono w pełni alfa i bliskie alfa składy, tytan CP, struktury równoosiowe i płytkowe, zastosowania kriogeniczne i w temperaturze 600°C, wpływ szybkości chłodzenia, równowagę między pełzaniem a zmęczeniem oraz wydzielanie fazy alfa2 lub krzemków.
Stopów tytanu typu alfa zawierają głównie fazę alfa i są klasyfikowane jako stopy całkowicie alfa lub prawie alfa. Ze względu na niewielką zawartość fazy beta lub jej całkowity brak nie można ich utwardzać za pomocą konwencjonalnej obróbki cieplnej; głównymi mechanizmami utwardzania są roztwór stały i rozdrobnienie ziarna. Ważnymi dodatkami są Al, O, Zr, Sn i Si. Zawartość glinu utrzymuje się zazwyczaj poniżej poziomu 6%, aby ograniczyć kruchą, uporządkowaną fazę alfa2 (Ti3Al); tlen zapewnia silne wzmocnienie międzywęzłowe, ale zmniejsza plastyczność, natomiast w stopach typu „prawie alfa” stosuje się krzem w celu poprawy odporności na pełzanie.
Tytan o czystości handlowej (tytan CP) jest na arenie międzynarodowej powszechnie klasyfikowany zgodnie z normą ASTM jako gatunki 1–4, jednak klasyfikacja ta stanowi jedynie ogólne ramy odniesienia, a nie bezpośredni odpowiednik chińskich gatunków.
| Typowa klasyfikacja tytanu CP | Maksymalna zawartość tlenu | Moduł sprężystości | Granica plastyczności | Wytrzymałość na rozciąganie | Wydłużenie |
|---|---|---|---|---|---|
| Grade 1 | 0.18% | 105 GPa | 170 MPa | 240 MPa | 24% |
| Grade 2 | 0.25% | 105 GPa | 275 MPa | 344 MPa | 20% |
| Grade 3 | 0.35% | 105 GPa | 377 MPa | 440 MPa | 18% |
| Grade 4 | 0.40% | 105 GPa | 480 MPa | 550 MPa | 15% |
Stopów o składzie całkowicie alfa charakteryzują się spawalnością, odpornością na korozję, plastycznością, wytrzymałością na pękanie z nacięciem oraz temperaturą przejścia z fazy plastycznej do kruchej wynoszącą zaledwie −253 °C. Równokątne ziarna powstają w wyniku obróbki alfa-beta, po której następuje wyżarzanie rekrystalizacyjne. Wytrzymałość wynika z rozdrobnienia ziarna; w przypadku gatunku CP o najniższej zawartości tlenu zależność ta wygląda następująco: granica plastyczności = 231 MPa + 10,5d−1/2. Szybkie schładzanie ze stanu beta prowadzi do powstania igiełkowego lub listwiastego martenzytu alfa-prime, natomiast powolne schładzanie powoduje powstanie gruboziarnistych kolonii płytkowych. Struktury płytkowe charakteryzują się niższą wytrzymałością na rozciąganie i zmęczeniową oraz mniejszą plastycznością, ale za to wykazują większą odporność na pękanie i pełzanie.
Stal Ti-5Al-2,5Sn łączy w sobie wysoką wytrzymałość i udarność w temperaturach kriogenicznych i jest wykorzystywana do przechowywania ciekłego azotu w temperaturze około −253°C.
Stopy typu „near-alpha” charakteryzują się odpornością na pełzanie i utlenianie oraz wytrzymałością do około 600°C, co czyni je odpowiednimi do zastosowania w sprężarkach turbin gazowych. Przykładami są Ti-1100, IMI 834 i BT18y. Niewielkie dodatki Mo, Nb lub V poprawiają kowalność dzięki ograniczonej fazie beta; Zr i Sn wzmacniają fazę alfa, natomiast dodatki Si, C i pierwiastków ziem rzadkich mogą poprawiać odporność na pełzanie.
Kucie i obróbka cieplna w obszarze alfa-beta mogą doprowadzić do powstania struktury bimodalnej, składającej się z pierwotnej, równoprzecinnej fazy alfa oraz przekształconej fazy beta zawierającej wtórną fazę lamelarną alfa. Struktura ta zapewnia równowagę między pełzaniem, odpornością na pękanie i zmęczeniem materiału.
Szybsze schładzanie po obróbce roztworem beta powoduje powstanie cieńszych listw alfa, większą wytrzymałość oraz mniejszą plastyczność. Zwiększenie zawartości beta może poprawić odporność na pełzanie w stopie IMI 834, ale pogorszyć odporność zmęczeniową. Starzenie lub długotrwała ekspozycja mogą powodować wytrącanie się uporządkowanych faz alfa2 oraz krzemków Ti5Si3, co zwiększa wytrzymałość w temperaturze pokojowej i w wysokich temperaturach, jednocześnie zmniejszając plastyczność.
Udostępnij swój rysunek, materiał, docelową tolerancję lub pytanie dotyczące zastosowania. Nasz zespół inżynierów może pomóc w przeanalizowaniu trasy obróbki i zasugerować praktyczny następny krok.
Przewodnik po materiałach
Czyste aluminium jest miękkie, ponieważ dyslokacje mogą stosunkowo łatwo przemieszczać się w jego sieci krystalicznej. Stopowanie sprawia, że aluminium staje się twardsze dzięki wprowadzeniu atomów substancji rozpuszczonej...
Przeczytaj artykułPrzewodnik po materiałach
Tytan i stopy tytanu łączą w sobie wysoką wytrzymałość właściwą, odporność na wysoką temperaturę oraz odporność na korozję, a jednocześnie spełniają rygorystyczne wymagania dotyczące obróbki w wysokich temperaturach. Niniejszy przewodnik wyjaśnia, jak w praktyce...
Przeczytaj artykułPrzewodnik po materiałach
W procesie stopowania tytanu wykorzystuje się wybrane pierwiastki w celu regulacji stabilności faz alfa i beta, temperatury przemiany, wytrzymałości, odporności na korozję oraz reakcji na obróbkę cieplną. Niniejszy artykuł...
Przeczytaj artykułPrzewodnik po materiałach
W metalografii tytanu rozróżnia się rodziny stopów alfa, alfa-beta i beta na podstawie składu fazowego, wielkości ziaren, morfologii i rozmieszczenia. W niniejszym przewodniku wyjaśniono struktury równokątne, płytkowe,...
Przeczytaj artykuł
