ท่อโลหะผสมไทเทเนียมต่างกันอย่างไร

• คำนิยาม

ท่อเหล็กโลหะผสมไททาเนียมเป็นท่อชนิดหนึ่งที่ทำจากวัสดุโลหะผสมไททาเนียมที่มีคุณสมบัติเชิงกลสูงประสิทธิภาพการปั๊มที่ดีเยี่ยมและสามารถเชื่อมในรูปแบบต่าง ๆ ความแข็งแรงของรอยเชื่อมสูงถึง 90% ของความแข็งแรงของโลหะฐาน และประสิทธิภาพการตัดและการประมวลผลที่ดี

การผลิตภาคอุตสาหกรรมของไทเทเนียมเริ่มต้นในปี 1948 การพัฒนาความต้องการของอุตสาหกรรมการบิน เพื่อให้อุตสาหกรรมไทเทเนียมมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยประมาณ 8% ต่อปีของการพัฒนา ปัจจุบันผลผลิตประจำปีของวัสดุแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมมีมากกว่า 40,000 ตัน เกรดโลหะผสมไทเทเนียมเกือบ 30 ชนิด โลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) และไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรม (TA1, TA2 และ TA3)

• การจำแนกประเภท

1. ขึ้นอยู่กับ องค์ประกอบทางเคมี พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ไทเทเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสมอย่างง่าย และโลหะผสมหลาย

• ไทเทเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสมอย่างง่าย: เกรด 1 เป็นไทเทเนียมที่ไม่มีออกซิเจนต่ำและไม่มีการเจือ; เกรด 2 เป็นไทเทเนียมที่ไม่มีออกซิเจนมาตรฐาน เกรด 7 เป็นไทเทเนียมที่ไม่มีออกซิเจนมาตรฐานซึ่งมีแพลเลเดียม 0.12-0.25% 

• โลหะผสมหลายชนิด: เกรด 5 เป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่มีอลูมิเนียม 6% และวานาเดียม 4% เกรด 9 เป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่มีอลูมิเนียม 3% และวานาเดียม 2.5% เกรด 19 เป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่ประกอบด้วยอลูมิเนียม 3% และวานาเดียม 8%, โครเมียม 6%, เซอร์โคเนียม 4% และโมลิบดีนัม 4% เกรด 19 เป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่ประกอบด้วยอลูมิเนียม 3%, วาเนเดียม 8%, โครเมียม 6%, เซอร์โคเนียม 4% และโมลิบดีนัม 4%

นอกจากนี้ ไทเทเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสมไทเทเนียมสามารถแบ่งย่อยได้ตามคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

  1. ไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรม ( โลหะผสมไทเทเนียม ชนิดα )

      เกรดทั่วไป: Gr1, Gr2, Gr3, Gr5, Gr7 (มาตรฐาน ASTM)

      ลักษณะเฉพาะ: ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม (โดยเฉพาะสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ไอออน) เชื่อมได้ดีเยี่ยม ประสิทธิภาพการทำงานเย็นที่ดี

      การใช้งาน: ท่อเคมี อุปกรณ์แยกเกลือ การปลูกถ่ายทางชีวภาพ

  2. Near- α โลหะผสมไทเทเนียม ชนิด

     เกรดทั่วไป: Gr8, Gr9, Gr12 (มาตรฐาน ASTM)

     ลักษณะ: ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงที่ดีเยี่ยม (อุณหภูมิการใช้งานในระยะยาว: 450-500 ℃), ความต้านทานการคืบคลานสูง, ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่แข็งแกร่ง

     การใช้งาน: ใบพัดคอมเพรสเซอร์ของเครื่องยนต์อากาศยาน ส่วนประกอบโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง

  3.α+β ประเภท e โลหะผสมไทเทเนียม

     เกรดทั่วไป: Gr16, Gr17 (มาตรฐาน ASTM) โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง (โลหะผสมไทเทเนียมชนิด β): เกรดทั่วไปได้แก่ Gr23, Gr24, Gr25 (มาตรฐาน ASTM)

     ลักษณะเฉพาะ: ประสิทธิภาพโดยรวมที่เหมาะสมที่สุด (ความสมดุลของความแข็งแรง ความเหนียว ความสามารถในการแปรรูป) การเสริมความแข็งแกร่งด้วยความร้อน (สารละลายแข็ง + การเสื่อมสภาพ)

     การใช้งาน: ชิ้นส่วนลำตัวเครื่องบิน/เครื่องยนต์ ข้อต่อเทียม ชิ้นส่วนรถแข่ง

  4. ชนิด β โลหะผสมไทเทเนียม

     เกรดทั่วไป: Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (β-21S)

     ลักษณะเฉพาะ: มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ คุณสมบัติการขึ้นรูปเย็นที่ดีเยี่ยม การเชื่อมได้ไม่ดี ต้องมีการอบชุบด้วยความร้อนที่ซับซ้อน

     การใช้งาน: ตัวยึดการบินและอวกาศ สปริง อุปกรณ์กีฬาประสิทธิภาพสูง

ดัชนีประสิทธิภาพ	ไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรม	α+β ประเภท e  ไทเทเนียม	Near- αชนิด  ไททาเนียม	ชนิด β ไทเทเนียม
ความต้านแรงดึง (MPa)	345-550	895-930	800-1,000	1,000-1350
ความหนาแน่น (กรัม/ซม.⊃3;)	4.51	4.43	4.54	4.84
อุณหภูมิบริการสูงสุด	350 ℃	400 ℃	500 ℃	300 ℃
ความสามารถในการเชื่อม	ดีที่สุด	ดี	กลาง	แย่
การใช้งานทั่วไป	อุปกรณ์เคมี	ส่วนโครงสร้างการบิน	ส่วนประกอบเครื่องยนต์	ตัวยึดการบินและอวกาศ

2. ตาม คุณสมบัติทางกล ของโลหะผสมไททาเนียมสามารถแบ่งออกได้เป็นความแข็งแรงและความเหนียวที่แตกต่างกัน 

• ความแข็งแรง: ไทเทเนียมบริสุทธิ์เกรด 1, ความแข็งแรงของเกรด 2 ค่อนข้างต่ำ, ความต้านทานแรงดึงของเกรด 2 ที่ 345MPa นาที และความแข็งแรงของโลหะผสมไททาเนียมเกรด 5 สูงถึง 1,000MPa หรือประมาณนั้น ซึ่งมากกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมถึง 5 เท่า

  
  

• ความเหนียว: โดยทั่วไปแล้ว สารที่มีองค์ประกอบผสมมากกว่า เช่น เกรด 5 และเกรด 19 จะมีความเหนียวที่ดีกว่าในขณะที่รับประกันความแข็งแรงสูง ในขณะที่เกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์จะมีประสิทธิภาพด้านความแข็งแกร่งแตกต่างกันบ้างกับโลหะผสมไทเทเนียมอัลลอยด์ และจะทำงานแตกต่างออกไปเมื่อต้องเผชิญกับแรงกระแทกและภาระอื่นๆ

  
  

3. ความต้านทานการกัดกร่อน : โลหะผสมไททาเนียมที่มีแพลเลเดียม เช่น เกรด 7 และเกรด 11 มีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่าเกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์ที่ไม่มีแพลเลเดียม (เช่น เกรด 1 และเกรด 2) ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเฉพาะบางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการลดกรด เป็นต้น โลหะผสมไทเทเนียมเกรด 5 มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีในน้ำทะเลและสภาพแวดล้อมอื่น ๆ เนื่องจากองค์ประกอบโลหะผสม มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีในน้ำทะเลและสภาพแวดล้อมอื่น ๆ แต่มีความแตกต่างในลักษณะประสิทธิภาพการป้องกันการกัดกร่อนเฉพาะจากโลหะผสมที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการกัดกร่อน เนื่องจากโลหะผสมไทเทเนียมเกรด 5 ความต้านทานที่มีแพลเลเดียมและองค์ประกอบอื่น ๆ โลหะผสมไททาเนียมเกรด 5 มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีในสภาพแวดล้อม เช่น น้ำทะเล เนื่องมาจากองค์ประกอบของโลหะผสม แต่แตกต่างจากโลหะผสมที่มีแพลเลเดียมและองค์ประกอบอื่นๆ ที่ออกแบบมาเพื่อต้านทานการกัดกร่อนโดยเฉพาะในลักษณะต้านทานการกัดกร่อนเฉพาะ

4. ตาม สถานการณ์ การใช้งาน ที่แตกต่างกัน สามารถแบ่งออกเป็น

• การบินและอวกาศ: โลหะผสมไททาเนียมเกรด 5 มักใช้ในการผลิตคานเครื่องบิน ปีก ใบพัดเครื่องยนต์ และส่วนประกอบสำคัญอื่นๆ เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ทนความร้อนได้ดี และทนต่อความล้า

• อุตสาหกรรมเคมี: โลหะผสมไททาเนียมเกรด 2 มักใช้ในการผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องปฏิกรณ์ ท่อและอุปกรณ์เคมีอื่นๆ เนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและราคาปานกลาง

• สาขาชีวการแพทย์: โลหะผสมไทเทเนียมเกรด 23 มีองค์ประกอบระยะห่างต่ำเป็นพิเศษและมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี และมักใช้ในการผลิตข้อต่อเทียม รากฟันเทียม อุปกรณ์ตรึงกระดูกหัก และการปลูกถ่ายทางชีวการแพทย์อื่นๆ

5.แตกต่างกันไปตาม ความยากในการประมวลผลและต้นทุน

• โดยทั่วไป ยิ่งเนื้อหาขององค์ประกอบโลหะผสมสูงและเกรดของโลหะผสมไทเทเนียมมีความซับซ้อนมากขึ้นเท่าไร การประมวลผลก็จะยิ่งยากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น โลหะผสมไทเทเนียมเกรด 5 นั้นยากต่อการประมวลผลมากกว่าเกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์ เช่น เกรด 1 และเกรด 2

• จากมุมมองของต้นทุน โลหะผสมไทเทเนียมที่มีองค์ประกอบโลหะผสมที่หายากหรือมีราคาแพง (เช่น แพลเลเดียม ฯลฯ) รวมถึงโลหะผสมไทเทเนียมเกรดที่แปรรูปได้ยากกว่ามักจะมีราคาสูงกว่า ตัวอย่างเช่น เกรด 7 มีแพลเลเดียม ดังนั้นต้นทุนจึงสูงกว่าเกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์ธรรมดา โลหะผสมไทเทเนียมเกรด 19 และโลหะผสมไทเทเนียมอื่นๆ ที่มีองค์ประกอบของโลหะผสมที่ซับซ้อนก็มีต้นทุนที่ค่อนข้างสูงเช่นกัน

• คุณธรรม

เมื่อเทียบกับวัสดุโลหะอื่นๆ โลหะผสมไททาเนียมมีข้อดีดังต่อไปนี้

      1 กว่าความแข็งแรง (ความต้านทานแรงดึง / ความหนาแน่น) สูง (ดูแผนภูมิ) ความต้านทานแรงดึงสูงถึง 100 ~ 140kgf / mm2 ในขณะที่ความหนาแน่นเพียง 60% ของเหล็ก

      2. ความแข็งแรงที่ดีที่อุณหภูมิปานกลาง การใช้อุณหภูมิสูงกว่าอลูมิเนียมอัลลอยด์สองสามร้อยองศา ในช่วงกลางของอุณหภูมิยังคงสามารถรักษาความแข็งแรงที่ต้องการได้ สามารถอยู่ในอุณหภูมิ 450 ~ 500 ℃ การทำงานระยะยาว

      3 ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี ในชั้นบรรยากาศ พื้นผิวไททาเนียมจะเกิดฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอในทันที ความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนของสื่อต่างๆ โดยปกติแล้วไทเทเนียมจะมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีในตัวกลางออกซิไดซ์และเป็นกลาง และความต้านทานการกัดกร่อนในน้ำทะเล คลอรีนเปียก และสารละลายคลอไรด์นั้นยอดเยี่ยมกว่า แต่ในการลดตัวกลาง เช่น กรดไฮโดรคลอริกและสารละลายอื่นๆ ความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมไม่ดี

      ④ ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำที่ดี องค์ประกอบช่องว่างคือโลหะผสมไททาเนียมที่ต่ำมาก เช่น TA7 ที่ -253 ℃ สามารถรักษาความเป็นพลาสติกได้ในระดับหนึ่ง

      ⑤ โมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำ ค่าการนำความร้อนต่ำ ไม่มีแม่เหล็กไฟฟ้า

      ⑥ มีความแข็งสูง

      ⑦การปั๊มไม่ดี เทอร์โมพลาสติกที่ดี