Karakteristike i procesi termičke obrade titanijumskih šipki i šipki od titanijumskih legura
Titanijum je veoma stabilan na vazduhu na sobnoj temperaturi. Kada se zagrije na 400-550°C, na površini se formira jak oksidni film koji je štiti od daljnje oksidacije. titanijum ima snažnu sposobnost da apsorbuje kiseonik, azot i vodonik. Ovi gasovi su veoma štetne nečistoće za metalni titanijum. Čak i vrlo mala količina (0.01% ~ 0.005%) može ozbiljno uticati na njegova mehanička svojstva.
Među titanijumskim jedinjenjima najpraktičniju vrednost ima titan dioksid (TiO2). Ti02 je inertan za ljudsko tijelo i nije toksičan. Ima niz odličnih optičkih svojstava. Ti02 je neproziran i ima visok sjaj i bjelinu, visok indeks prelamanja i moć raspršenja, jaku moć skrivanja i dobru disperziju. Proizvedeni pigment je bijeli prah, poznatiji kao titan bijeli, koji se široko koristi. Izgled titanijumske šipke je vrlo sličan čeliku, sa gustinom od 4.51 g/cm3, što je manje od 60% čelika. To je metalni element s najmanjom gustoćom među vatrostalnim metalima. Mehanička svojstva titanijuma, opšte poznate kao mehanička svojstva, usko su povezane sa čistoćom. Titanijum visoke čistoće ima izvrsna svojstva obrade, sa dobrim istezanjem i smanjenjem površine, ali je njegova čvrstoća niska i nije pogodan za upotrebu kao konstrukcijski materijal. Industrijski čisti titanijum sadrži umjerenu količinu nečistoća, ima visoku čvrstoću i plastičnost te je pogodan za izradu konstrukcijskih materijala.
Legure titana dijele se na niske čvrstoće i visoke plastičnosti, srednje čvrstoće i visoke čvrstoće, u rasponu od 200 (niska čvrstoća) do 1300 (visoka čvrstoća) MPa, ali općenito titanske legure mogu se smatrati legurama visoke čvrstoće. Jače su od aluminijskih legura, koje se smatraju srednje čvrstoće i mogu u potpunosti zamijeniti neke vrste čelika u pogledu čvrstoće. U poređenju sa brzim smanjenjem čvrstoće aluminijskih legura na temperaturama iznad 150°C, neke legure titana i dalje mogu održati dobru čvrstoću na 600°C.
Gusti metalni titan je visoko cijenjen u avio industriji zbog svoje male težine, veće čvrstoće od legure aluminija i sposobnosti održavanja veće čvrstoće od aluminija na visokim temperaturama. S obzirom na činjenicu da gustina titanijuma je 57% čelika, njegova specifična čvrstoća (omjer čvrstoće/težine ili omjer čvrstoće/gustine naziva se specifična čvrstoća) je visoka, a njegove antikorozivne, antioksidacijske i anti-zamorne sposobnosti su jake. 3/4 titanijumskih legura se koristi kao konstrukcijski materijali predstavljeni kosmičkim konstrukcijskim legurama, a 1/4 se uglavnom koristi kao legure otporne na koroziju. Titanijumska legura ima visoku čvrstoću i malu gustinu, dobra mehanička svojstva, dobru žilavost i otpornost na koroziju. Osim toga, legure titana imaju loše performanse procesa i teško se obrađuju. Tokom termičke obrade, lako apsorbuju nečistoće kao što su vodonik, kiseonik, azot i ugljenik. Takođe ima slabu otpornost na habanje i složen proizvodni proces. Industrijska proizvodnja titanijuma počela je 1948. Potreba za razvojem vazduhoplovne industrije uslovila je da se titanijumska industrija razvija sa prosečnom godišnjom stopom rasta od oko 8%. Trenutno, svetska godišnja proizvodnja materijala za obradu legura titanijuma dostigla je više od 40,000 tona, sa skoro 30 vrsta legure titanijuma. Najrasprostranjenije legure titanijuma su Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) i industrijski čisti titanijum (TA1, TA2 i TA3).
Postoje tri procesa termičke obrade titanijumskih šipki i šipki od legure titana:
1. Tretman čvrstim rastvorom i starenje: Svrha je da se poboljša njegova čvrstoća. Alfa legura titanijuma i stabilna beta legura titanijuma ne mogu se ojačati i termički obrađivati, već samo žariti tokom proizvodnje. α+β legure titanijuma i metastabilne legure β titanijuma koje sadrže malu količinu α faze mogu se dodatno ojačati tretmanom čvrstim rastvorom i starenjem.
2. Žarenje za ublažavanje naprezanja: Svrha je eliminirati ili smanjiti zaostalo naprezanje nastalo tokom obrade. Spriječite kemijski napad i smanjite deformaciju u nekim korozivnim sredinama.
3. Potpuno žarenje: Svrha je postizanje dobre žilavosti, poboljšanje performansi obrade, olakšanje ponovne obrade i poboljšanje dimenzijske i strukturne stabilnosti.