1. Olulised erinevused Ti-klassi 5 ja kaubanduslikult puhta titaani (nt Ti-klass 1/Ti-klass 2) vahel
Keemiline koostis
Kaubanduslikult puhas titaan (Ti klass 1/2) koosneb enam kui 99% titaanist ja väikestes kogustes lisanditest, nagu hapnik, raud, süsinik, lämmastik ja vesinik (nende lisandite sisaldus on klassiti erinev: 1. klassi lisandite sisaldus on madalaim, samas kui klassi 2 hapniku ja raua sisaldus on pisut kõrgem). Seevastu Ti 5. klass on aalfa-beeta-titaanisulammis sisaldab peamiste legeerelementidena 6% alumiiniumi (Al) ja 4% vanaadiumi (V), ülejäänud ~90% koostisest moodustab titaan, millele lisanduvad kontrollitud lisandijäägid.
Mikrostruktuur
CP Ti (1./2. klass) on ühe-faasigaalfa ( ) mikrostruktuurtoatemperatuuril ja alla selle beeta{0}}transuse temperatuuri (umbes 882 kraadi 2. astme puhul). See kuusnurkne tihedalt-pakitud (HCP) struktuur annab sellele stabiilse, kuid piiratud mehaanilise tugevuse. Ti 5. klass moodustab tänu oma Al- ja V-lisanditele kahe-faasi + mikrostruktuuri: Al toimib alfa-stabilisaatorina (suurendab tugevust ja roomamiskindlust), samas kui V toimib beeta-stabilisaatorina (parandab elastsust ja kuumtöötlemist). Kuumtöötlemise (nt lahusega lõõmutamine ja vanandamine) abil saab selle mikrostruktuuri kohandada jõudluse edasiseks optimeerimiseks.
Mehaanilised omadused
Tugevus: CP Ti (1. klass) tõmbetugevus on vaid 240–310 MPa ja klass 2 ulatub 345–415 MPa-ni, mis on suhteliselt madal. Ti 5. klassi tõmbetugevus on lõõmutatud olekus 860–900 MPa ja see võib pärast vananemistöötlust tõusta üle 1100 MPa, mis on enam kui kaks korda suurem kui 2. klassi CP Ti.
Plastilisus ja vormitavus: CP Ti (klass 1/2) on suurepärase plastilisusega (venivus kuni 20–25%) ja külmvormitavusega, mistõttu on seda lihtne keerukateks kujunditeks töödelda (nt õhukeseseinalised torud, lehed). Ti Grade 5 venivus on väiksem (10–15%) ja seda on raskem vormida, mistõttu on keerukate komponentide jaoks vaja kuumtöödelda või spetsiaalseid töötlemismeetodeid.
Väsimus- ja korrosioonikindlus: CP Ti on oma tiheda passiivse oksiidkile tõttu silmapaistva korrosioonikindlusega (eriti kloriid-, happe- ja merekeskkonnas), kuid selle väsimustugevus on mõõdukas (2. klassi puhul umbes 140 MPa). Ti Grade 5 säilitab hea korrosioonikindluse (enamikus keskkondades CP Ti-le lähedal), samal ajal kui sellel on oluliselt suurem väsimustugevus (300–350 MPa), mistõttu see sobib suure tsüklikoormusega rakendusteks (nt kosmosekomponendid).
Rakenduse stsenaariumid
CP Ti (klass 1/2) kasutatakse peamiseltkorrosioonikindlad-madala koormuse{1}}stsenaariumid, nagu keemiliste protsesside torujuhtmed, meresoojusvahetid, biomeditsiinilised implantaadid (nt 2. klass kirurgiainstrumentide jaoks) ja arhitektuurne vooder. Ti Grade 5 on tööhobuse sulamsuure{0}}tugevusega ja suure- töökindlusega rakendused, sealhulgas lennukite konstruktsiooniosad (lennukite telik, mootorikomponendid), võidusõiduautode osad, meditsiinilised implantaadid (nt puusa- ja põlveproteesid, mis nõuavad nii tugevust kui ka biosobivust) ning avamere nafta- ja gaasipuurimistööriistad.
2. Ti 5. klassi ja kaubanduslikult puhta titaani vahelise olulise hinnalõhe põhjused
Tooraine ja legeerivate elementide kulud
CP Ti toodetakse otse titaankäsnast (titaantoodete esmane tooraine) ainult lisandite kontrolliga. Seevastu Ti Grade 5 nõuab sulatamise ajal kõrge -puhtusastmega alumiiniumi ja vanaadiumi lisamist. Vanaadium on haruldane ja kallis siirdemetall (selle hind on mitu korda kõrgem kui titaankäsna hind) ning alumiinium peab vastama ka kosmose- ja kosmosesulamite rangetele puhtusstandarditele. Legeerimisprotsess suurendab otsest tooraine maksumust 30–50% võrreldes CP Ti-ga.
Komplekssed nõuded sulatamisele ja töötlemisele
Titaan on reaktiivne metall, mis reageerib kõrgel temperatuuril kergesti hapniku, lämmastiku ja vesinikuga, mistõttu tuleb seda sulatadavaakumkaare ümbersulatamine (VAR)protsess (tavaliselt kahe- või kolmekordne VAR kvaliteetsete{0}}sulamite puhul). Titaani 5. klassi puhul peavad legeerivad elemendid olema titaanmaatriksis ühtlaselt jaotunud, mis nõuab sulamistemperatuuri, säilitusaja ja jahutuskiiruse täpset reguleerimist-see suurendab energia- ja protsessikulusid. Seevastu CP Ti sulatamisel on lihtsam komponentide juhtimine ja madalamad protsessi täpsusnõuded.
Järeltöötluses tähendab Ti Grade 5 kõrge tugevus ja madal elastsus, et see nõuab rohkem energiamahukat kuumtöötlemist (nt sepistamine 900–1000 kraadi juures) ja järeltöötlust (nt kuumtöötlus, täppistöötlus). Selle kõrgem kõvadus kiirendab ka tööriista kulumist töötlemise ajal, suurendades tööriista asendamise ja töötlemise ajakulusid. CP Ti saab külm{11}}vormida toatemperatuuril väiksema töötlemise energiakulu ja tööriistakuludega.
Tarneahel ja turunõudlus
CP Ti-l on küps ja ulatuslik{0}}tarneahel, millel on stabiilsed tootmismahud (moodustab ~40% ülemaailmsest titaanitoodangust) ja laialdased järgnevad rakendused (keemia, meditsiin, ehitus), mis aitab saavutada mastaabisäästu ja alandab ühikukulusid. Titaanisulamite turul domineerib 5. klassi Ti (moodustab üle 50% titaanisulamite nõudlusest), kuid selle nõudlus on koondunud tipptasemel sektoritesse (lennundus, kosmosetööstus, biomeditsiin), kus kehtivad ranged kvaliteedisertifikaadi nõuded (nt lennundus-{8}}klassi Ti 5. klass peab vastama AMS 4928 standarditele). Sertifitseerimisprotsess (nt materjalide jälgitavus, jõudluse testimine) lisab lisakulusid ja pakkumist piirab sageli spetsiaalne tootmisvõimsus, mis tõstab hindu veelgi.
Tehnilise uurimis- ja arendustegevuse ning kvaliteedikontrolli kulud
Ti Grade 5 kasutatakse laialdaselt ohutus-kriitilistes rakendustes (nt lennukimootori labad, meditsiinilised implantaadid), seega peavad tootjad investeerima palju teadus- ja arendustegevusse, et optimeerida selle kuumtöötlemisprotsesse ning tagada partiide -to{5}}järjepidevus. Ti 5. klassi kvaliteedikontroll hõlmab mittepurustavaid katseid (ultraheli, röntgenikiirgus), mehaaniliste omaduste testimist (tõmbetugevus, väsimus, roome) ja keemilise koostise kontrollimist, kusjuures kontrollikulud moodustavad 15–20% kogu tootmiskuludest. CP Ti-l on madalamad kvaliteedikontrolli läved (keskendub peamiselt korrosioonikindlusele ja põhilistele mehaanilistele omadustele), seega on sellega seotud kulud palju väiksemad.
