Oksijen, azot, karbon ve hidrojen, titanyum atomlarının yerini almak yerine titanyum kafesinin boşluklarına yerleşir; bu nedenle milyonda birkaç yüzlük miktar, dayanım ve tokluğu alaşımlama düzeyindeki değişikliklerden daha fazla değiştirir. Bir parçanın dayanımlı, tok, kaynaklanabilir veya hizmette çatlayan bir parça olup olmadığını belirleyen, sertifikadaki bu dört sayıdır.
Bir titanyum sertifikasında en belirleyici satır alüminyum veya vanadyum değildir. Altındaki dört küçük sayıdır: oksijen, azot, karbon, hidrojen. Yüzdenin yüzde ve binde birlik kesirleriyle raporlanırlar, kolayca gözden kaçabilirler ve bir parçanın dayanımlı, tok, kaynaklanabilir olmasını veya hizmete girdikten üç ay sonra çatlamasını sessizce belirlerler.
Bunlar arayer elementleri: titanyum atomlarının yerine geçmek yerine titanyum kafesinin boşluklarına yerleşebilecek kadar küçük atomlar. Kafesi doğrudan çarpıttıkları için, milyonda birkaç yüz düzeyindeki miktarlar, alaşımlama düzeyindeki değişimlerin etkileyemeyeceği özellikleri değiştirir.
Somut ölçüm değerleri
Akredite bağımsız bir laboratuvarda test edilmiş yakın tarihli bir TC4 (Ti-6Al-4V) külçe partisinin ölçülen arayer elementleri şöyledir:
| Arayer elementi | Ölçülen | ppm cinsinden | Grade 5 sınırı | Grade 23 (ELI) sınırı |
|---|---|---|---|---|
| Oksijen (O) | 0.186% | 1,860 | ≤ 0,20% | ≤ 0,13% |
| Azot (N) | 0.007% | 70 | ≤ 0,05% | ≤ 0,03% |
| Karbon (C) | <0,004% | <40 | ≤ 0,08% | ≤ 0,08% |
| Hidrojen (H) | <0,0006% | <6 | ≤ 0,015% | ≤ 0,0125% |
Bu parti temiz, sorunsuz bir Grade 5'tir ve aynı derecede yararlı biçimde Grade 5 sınırlarının nerede bittiğini gösterir. Oksijeni (0,186%) Grade 5 sınırını rahatlıkla karşılar, ancak Grade 23 gerekliliklerini karşılamaz, oksijen üst sınırı 0,13% olduğundan. Aynı Ti-6Al-4V, farklı arayer elementi sınırları. Bu iki kalite arasındaki fark neredeyse tamamen bu tablodadır.
Oksijen: temel dayanım artırıcı
Oksijen, ticari titanyumda en güçlü etkiyi sağlayan elementtir. Akma dayanımını ve çekme dayanımını düzenli olarak artırır; karşılığında sünekliği, kırılma tokluğunu ve yorulma çatlağı direncini azaltır. Bu ilişki o kadar tutarlıdır ki ticari saflıktaki kaliteler esasen bir oksijen basamaklandırmasıdır:
| CP kalitesi | Oksijen (maks.) | Etki |
|---|---|---|
| Grade 1 | 0.18% | En yumuşak, en kolay şekillendirilebilir |
| Grade 2 | 0.25% | Genel amaçlı yaygın seçenek |
| Grade 3 | 0.35% | Daha yüksek dayanım |
| Grade 4 | 0.40% | En dayanımlı CP, en düşük süneklik |
Aynı ticari saflıktaki titanyumun, esas olarak izin verilen oksijen miktarıyla ayrılan dört “kalitesi”. Bunu kavradığınızda kalite seçiminin önemli bir kısmı ezber olmaktan çıkar. (Bizim kalite karşılaştırma rehberi tüm basamakları gösterir.)
Azot ve karbon: haklı nedenlerle düşük sınırlar
Azot, titanyumun dayanımını oksijenden bile daha fazla, yaklaşık iki kat etkili biçimde artırır; bu nedenle şartnameler onu sıkı sınırlar içinde tutar ve aşağıdaki oksijen eşdeğeri formülünde iki kat katsayıyla yer alır. Asıl tehlikesi yereldir: azotça zengin bir bölge, çatlak başlatıcı görevi gören sert, gevrek TiN inklüzyonları (“sert alfa”) oluşturabilir. Hedef düşük ve homojen içeriktir; örnek partimizdeki 70 ppm, Grade 5 üst sınırının bir büyüklük mertebesi altındadır.
| Arayer elementi | Kılavuzun belirttiği durum |
|---|---|
| Azot | Titanyumu oksijene göre yaklaşık iki kat daha güçlü biçimde pekiştirir; bu nedenle şartnameler bunu dar sınırlar içinde tutar |
| Hidrojen | Yararlı bir katkı sağlamaz ve parçanın kaybına neden olabilir; çözünmüş hidrojen, hidrojen gevrekleşmesini ve gecikmeli gevrek çatlamayı tetikler |
Karbon, dördü arasında etkisi en hafif olandır. Normal düzeylerde etkisi azdır; yalnızca şartname sınırlarının çok üzerinde sünekliğe zarar veren karbürler oluşturur. Burada 40 ppm altında raporlandığından sorun teşkil etmez.
Oksijen eşdeğeri: dayanım artışı etkisi için tek sayı
Oksijen, azot ve karbonun tümü dayanımı artırıp gevrekleştirdiği için metalürji uzmanları bunları tek bir değerde birleştirir oksijen eşdeğeri:
Oeq = %O + 2 × %N + 0.67 × %C
Partimiz için: 0.186 + 2(0.007) + 0.67(0.004) ≈ 0.203%. Bu tek değer, toplam arayer dayanım artışını ve toplam tokluk kaybını yalnızca oksijenden daha iyi yansıtır; bu nedenle kırılmanın kritik olduğu uygulamalara ve ELI malzemelere ait şartnameler bunu yakından izler.
Hidrojen: yalnızca risk getiren element
Diğer üçü dayanım sağlar. Hidrojen yararlı hiçbir şey sağlamaz ve parçanın kaybına yol açabilir. Çözünmüş hidrojen yol açar hidrojen gevrekleşmesi ve bazen parça hizmete girdikten çok sonra ortaya çıkan gecikmiş gevrek çatlama. Grade 5 için 150 ppm ve ELI için 125 ppm ile sınırlandırılır; iyi uygulamalar bunu çok daha düşük tutar; bu külçede 6 ppm altında.
Önemli nokta, hidrojenin de alınmasıdır sonrasında ergitme sonrasında da: aşırı asitle temizleme, kirlenmiş kaynak ve belirli kullanım ortamları hidrojen ekler. Temiz bir külçe gereklidir ancak yeterli değildir; taşıma ve işleme de onu temiz tutmalıdır.
ELI (Grade 23) için ne zaman ek maliyet karşılanmalı
Grade 23, arayer elementi içeriği düşürülmüş Ti-6Al-4V'dir: oksijen ≤0,13%, azot ≤0,03%, daha sıkı demir ve hidrojen sınırları. Dayanımdan biraz ödün verip kırılma tokluğu, süneklik ve yorulma performansı ile kriyojenik ve biyolojik uyumluluk kazanırsınız. Genellikle üç alanda gerekçelendirilir:
| Uygulama |
|---|
| Tokluk ve biyouyumluluğun önemli olduğu ve malzemenin ASTM F136 kapsamında satın alındığı tıbbi implantlar; genellikle şu biçimde Grade 23 (ELI) plaka ve çubuk. |
| Bir parçanın kırılmadan çatlağı tolere edecek şekilde tasarlandığı, kırılma açısından kritik havacılık yapısı. |
| Standart arayer elementi içeriğine sahip titanyumun çok fazla süneklik kaybettiği kriyojenik hizmet. |
Uygulamanız bunlardan birine girmiyorsa standart Grade 5 genellikle doğru ve daha ekonomik seçimdir. Her ikisini de tedarik ediyoruz Ti-6Al-4V (Grade 5) ve Grade 23 ELI malzeme sertifikasında arayer elementi analiziyle birlikte, böylece seçim kalite adına değil sayılara dayanır.
Sıkça Sorulan Sorular
Titanyumdaki oksijen neden yüzde olarak raporlanırken ppm olarak ifade edilir?
Aynı şeyin farklı ölçeklerde ifadesidir: 0,18% oksijen, 1800 ppm değerine eşittir. Sertifikalarda genellikle yüzde yazılır; mühendisler ise anlamlı değişiklikler yüz ppm düzeyinde gerçekleştiği için sıklıkla ppm kullanır.
Oksijen içeriği çok yüksek olan titanyumdan oksijeni uzaklaştırabilir misiniz?
Pratikte hayır. Arayer oksijeni ergitme sırasında kafese kilitlenir; tavlamayla giderilemez. Bu nedenle külçe aşamasında kontrol edilmesi gerekir ve külçe sertifikası önem taşır.
"ELI", Grade 5 kalitesinden farklı bir alaşım mıdır?
Hayır. Daha sıkı arayer elementi sınırına sahip aynı Ti-6Al-4V kimyasal bileşimidir (Grade 23). Alaşım elementleri nominal olarak aynıdır; O/N/Fe/H üst sınırları daha düşüktür.
Satın aldığım malzemenin arayer elementlerini nasıl doğrularım?
Tam kimyasal bileşimi içeren malzeme sertifikasını talep ediniz ve kaliteye göre kontrol ediniz ve uygulama. Talep gönderiniz ihtiyacınız olan kalite, standart ve belgelerle birlikte.
Kaynaklarıyla şartname ayrıntıları
ASTM, titanyumdaki her arayer elementine kendi test yöntemini atar ve bir sertifikada raporlanan dört değeri laboratuvarlar arasında karşılaştırılabilir kılan şey bu yöntemdir: oksijen ve azot, inert gaz ergitmesiyle şu yönteme göre belirlenir: ASTM E1409, hidrojen inert gaz füzyonuyla; dayanak ASTM E1447, karbon ise yanma analiziyle; dayanak ASTM E1941. Bunlar titanyum ürün standartlarının kimyasal analiz için atıfta bulunduğu yöntemlerdir; dolayısıyla bunları belirten bir sipariş, 4 elementin tümünü kapsayan 3 yöntem standardıyla, alıcının yeniden testi üretici fabrika değeriyle uyuşmadığında hangi tarafın cihazının esas alınacağını önceden netleştirir.
Beiyu Titanium, her üretim dökümü için arayer elementi analizini harici bir üretici fabrika laboratuvarında veya üretici fabrikanın kendi bünyesindeki laboratuvarında, 2 laboratuvar yolu üzerinden yaptırır ve o döküme ait EN 10204 3.1 muayene sertifikasında oksijen, azot, karbon ve hidrojeni raporlar. Siparişin temelini arayer elementi sınırlarının oluşturduğu işlerde Beiyu, ELI Grade 23 malzemeyi 4 plastik şekillendirilmiş biçimde, çubuk, plaka, boru ve dövme parçalar olarak tedarik eder; böylece tek bir imalatta gövdeden talaşlı işlenmiş parçaya kadar aynı arayer elementi üst sınırları korunabilir.
Teknik teklif talebi gönderiniz
Titanyum kalitesi seçimi için teklif taleplerinde hedef kaliteyi, oksijen veya dayanım gerekliliğini, ürün biçimini, boyutları, toleransı, uygulamayı ve sertifika gerekliliğini belirtiniz.