Принцип: расплавленный титан разливается в заранее изготовленные формы и затвердевает, образуя детали, близкие к-чистой-форме, обычно с использованием литья по выплавляемым моделям (литье по выплавляемым моделям-воск) для сложных геометрических форм.
Внутренняя структура
Литой титан (включая технически чистый титан и сплавы типа GR.5) имеет грубую направленную микроструктуру, в которой преобладают столбчатые или равноосные зерна, с высокой степенью сегрегации легирующих элементов (например, Al и V в GR.5) на границах зерен. Литая структура as-часто содержит дефекты литья, такие как усадочная пористость, газовые поры (H₂, N₂) и не-металлические включения (TiO₂). Для +-сплавов, таких как GR.5,-литая микроструктура в основном представляет собой пластинчатую + (структуру Видманштеттена) без значительного измельчения зерен или развития текстуры.
Плотность
Теоретическая плотность титана составляет 4,51 г/см³, однако литой титан имеетотносительная плотность 95–98%из-за присущих им дефектов пористости и усадки. Серьезные усадочные полости или большие поры могут еще больше снизить плотность до уровня ниже 95 %, что приведет к концентрации напряжений и снижению производительности.
Механические свойства
Прочность и пластичность: Литой титан имеет низкую предел прочности при комнатной-температуре (например,-литой GR.5 имеет предел прочности 700–750 МПа, что примерно на 15 % ниже, чем отожженный кованый GR.5) и плохую пластичность (удлинение 5–8 %, менее половины кованых марок) из-за крупных зерен и сегрегации. Его предел текучести также невысок (600–650 МПа) со значительной анизотропией, обусловленной направленной кристаллизацией.
Прочность и усталость: Вязкость разрушения как-литого GR.5 составляет всего 30–40 МПа·м¹/² (по сравнению с . 60 МПа·м¹/² для кованого материала), а усталостная прочность (10⁷ циклов) составляет 200–250 МПа (снижение на 37–50 % по сравнению с коваными марками), поскольку дефекты действуют как места зарождения трещин.
Высокие-температурные характеристики: Ламеллярная структура обеспечивает умеренное сопротивление ползучести при температуре 300–400 градусов, но в целом прочность при высоких-температурах уступает деформируемому титану из-за низкой плотности.
Принцип: Титановые заготовки подвергаются высоко-температурной (ниже -переходной для + сплавов) пластической деформации посредством молотковой или прессовой ковки, разрушающей крупные литые зерна и образующей деформированную микроструктуру.
Внутренняя структура
Кованый титан имеетрафинированный, деформированный + микроструктурас направленным потоком зерен (волокнистой текстурой) вдоль направления ковки. Кованая структура исключает дефекты литья (пористость, сегрегацию) и расщепляет крупные пластинчатые зерна на равноосные или бимодальные + зерна (в зависимости от температуры ковки и скорости охлаждения). Для GR.5 отжиг после ковки дает однородную равноосную + структуру с размером зерен 5–10 мкм (по сравнению с . 50–100 мкм для литого материала as-).
Плотность
Ковка устраняет внутренние поры и уплотняет материал, в результате чего получаетсяотносительная плотность больше или равна 99,5%, близкая к теоретической плотности титана. Уплотнение гарантирует отсутствие внутренних пустот, которые могли бы вызвать концентрацию напряжений.
Механические свойства
Прочность и пластичность: Кованый и отожженный GR.5 имеет предел прочности на разрыв 860–900 МПа, предел текучести 800 МПа и удлинение 10–15 %, что представляет собой сбалансированное сочетание высокой прочности и пластичности. Направленное течение зерна приводит к умеренной анизотропии (прочность в направлении ковки на 5–10 % выше, чем в поперечном направлении).
Прочность и усталость: Вязкость разрушения достигает 55–65 МПа·м¹/², а 10⁷-цикловая усталостная прочность составляет 350–400 МПа, что значительно выше, чем у литого титана, за счет измельчения зерна и устранения дефектов.
Высокие-температурные характеристики: Бимодальная микроструктура кованого GR.5 обеспечивает превосходное сопротивление ползучести при 300–400 градусах (деформация ползучести).<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
Принцип: Титановые слитки или заготовки обрабатываются методом горячей/холодной прокатки для получения листов, пластин или полос, при этом пластическая деформация происходит вдоль направления прокатки с образованием сплющенной текстурированной микроструктуры.
Внутренняя структура
Горячекатаный-титан имеетрекристаллизованный равноосный + микроструктурас зернами, вытянутыми вдоль направления прокатки (образующими текстуру прокатки). Холоднокатаный-титан (до отжига) имеет деформированную,-наклепанную структуру с высокой плотностью дислокаций; отжиг после холодной прокатки измельчает зерна до 3–5 мкм (мельче, чем у кованого титана). Для листов GR.5 прокатная структура имеет сильную базальную текстуру {0001}, что приводит к значительной анизотропии формуемости и механических свойств.
Плотность
Прокатка обеспечивает полное уплотнение приотносительная плотность больше или равна 99,8%, так как непрерывная деформация сжатия устраняет остаточную пористость и обеспечивает равномерную упаковку материала. Холодная прокатка дополнительно повышает плотность за счет уменьшения межзеренных зазоров.
Механические свойства
Прочность и пластичность: 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 МПа), но низкой пластичностью (удлинение<5%) due to work hardening.
Прочность и усталость: Вязкость разрушения проката ГР.5 составляет 50–60 МПа·м¹/² (немного ниже, чем у кованых марок из-за текстурной -анизотропии), а усталостная прочность - 380–420 МПа (выше, чем у кованого материала, за счет более мелкого зерна и гладкой поверхности).
Формируемость: Прокатанные листы обладают превосходной способностью к холодной формовке (например, изгибу, штамповке) в направлении прокатки, но формуемость в поперечном направлении плохая из-за сильной текстуры, что ограничивает их использование в компонентах сложной-формы.
Принцип: Титановый порошок (полученный методом газового распыления или гидридно--дегидридным (HDH)) методом прессования и спекания при высоких температурах с образованием полностью плотных компонентов, что позволяет производить почти-чистую-форму и контролировать микроструктуру.
Внутренняя структура
ПМ-титан имеетоднородная, мелкозернистая-равноосная микроструктура(размер зерна 2–5 мкм) без направленной текстуры и сегрегации, так как частицы порошка полностью рекристаллизуются при спекании. Для ПМ ГР.5 микроструктура представляет собой однородную +матрицу с равномерно распределенными частицами мелкодисперсной фазы -. Однако на границах зерен могут оставаться остаточные поры (объемная доля менее или равна 1%) и незначительные оксидные включения (в результате окисления поверхности порошка).
Плотность
Плотность титана ПМ зависит от параметров спекания: титан ПМ, спеченный в вакууме, имеетотносительная плотность 98–99,5%, в то время как обработка горячим изостатическим прессованием (HIP)-может увеличить плотность до уровня выше или равного 99,8 %, что соответствует уровню деформируемого титана. Порошок HDH (неправильной формы) имеет меньшую плотность, чем распыленный газом порошок (сферической формы) из-за низкой эффективности упаковки.
Механические свойства
Прочность и пластичность: Спеченный ПМ ГР.5 имеет предел прочности 800–850 МПа, предел текучести 750–780 МПа, относительное удлинение 8–12 % (немного ниже деформируемых марок из-за остаточной пористости). PM GR.5, обработанный HIP-, достигает прочности на разрыв 850–900 МПа и удлинения 10–15 %, что сравнимо с кованым титаном.
Прочность и усталость: Вязкость разрушения ПМ ГР.5 составляет 45–55 МПа·м¹/² (ниже, чем у деформируемого материала из-за оксидных включений), а усталостная прочность – 300–350 МПа (повышается до 380–400 МПа при ГИП). Мелкозернистая структура придает титану PM превосходную износостойкость, превосходящую износостойкость кованых марок.
Стоимость и настройка: ПМ позволяет производить сложные компоненты с минимальными отходами материала, но окисление порошка и пористость ограничивают его использование в авиакосмической отрасли,-высокоусталостной, что делает его пригодным для промышленных и медицинских компонентов (например, ортопедических имплантатов) с умеренными требованиями к производительности.
