1. Titaanmaterjalide täpse kõvaduse reguleerimise teostatavus
(1) Kontrollimeetodid ja täpsus
Lisandite kontroll: Kõrgem hapniku/raua sisaldus suurendab kõvadust (nt 1. klassi Ti on ~80–100 HB, samas kui 4. klassi Ti suuremate lisanditega jõuab 140–160 HB-ni). Täpselt reguleerides lisandite taset sulatamise ajal, saavad tootjad stabiliseerida kõvadust ±5 HB tolerantsi piires tööstuslike toodete puhul ja ±3 HB kõrge puhtusastmega meditsiini-/lennundustoodete puhul.
Külm töötamine: Külmvaltsimine või tõmbamine suurendab CP Ti kõvadust, tekitades dislokatsioone (nt lõõmutatud 2. klassi Ti on ~100 HB, samas kui 50% külmtöödeldud 2. klass tõuseb ~180 HB-ni). Kõvadust saab peenhäälestada-külmtöö protsendi reguleerimisega, puistekomponentide kontrollimise täpsusega ±8 HB.
Lõõmutamine: Täielikult lõõmutatud Ti-6Al-4V kõvadus on 280–320 HB (või ~28–32 HRC), standardsete tootmispartiide puhul tolerantsiga ±5 HB.
Lahuse lõõmutamine ja vanandamine: Muutes lahuse temperatuuri (800–950 kraadi), hoidmisaega (1–4 tundi) ja vananemisparameetreid (450–550 kraadi 2–8 tunni jooksul), saab kõvadust täpselt reguleerida 320–380 HB (32–38 HRC) keskmise -tugevusega rakenduste või 380–380–4–02BRC8 (H2BRC2) ülitugevad -lennunduskomponendid. Täiustatud tootmisliinid suudavad saavutada kriitiliste osade kõvaduse tolerantsi ±3 HB, mis vastavad kosmosesõidukite sertifitseerimisnõuetele (nt AMS 4928).
(2) Peamised kõvaduse reguleerimist mõjutavad tegurid
Keemiline koostis: CP Ti puhul on domineerivaks teguriks hapnikusisaldus (iga 0,1% hapnikusisalduse suurenemine tõstab kõvadust ~10 HB võrra). Ti-6Al-4V puhul tagab Al/V suhte täpne juhtimine (6% Al, 4% V) kuumtöötlemise ajal ühtlase karastamise.
Mikrostruktuuri ühtlus: peen, ühtlane + lamell- või võrdjaotusega mikrostruktuurid võimaldavad paremat kõvaduse konsistentsi; jämedad terad või ebaühtlane faasijaotus põhjustavad kõvaduse kõikumisi.
Töötlemisseadmed: Täpse temperatuuri reguleerimise (±5 kraadi) ja karastussüsteemidega vaakumkuumtöötlusahjud on komponentide ühtlase kõvaduse jaoks kriitilise tähtsusega.
2. Titaanmaterjalide erinevate kõvadusastmete kasutusstsenaariumid
(1) Madal{1}}kõvadusaste (vähem kui 150 HB,<15 HRC)
Materjali tüübid: lõõmutatud CP Ti klass 1/2 (80–120 HB) ja kergelt külm-töödeldud 3. klass (120–150 HB).
Peamised omadused: Excellent ductility (elongation >20%), kõrge korrosioonikindlus ja hea külmvormitavus.
Rakenduse stsenaariumid:
Keemiatööstus: korrosioonikindlad{0}}torustikud, soojusvaheti torud ja mahutite vooderdised (klass 1/2).
Meditsiinivaldkond: kirurgiainstrumendid, hambaimplantaadid (2. klass, kuna biosobivus ja kudede sobivuse madal kõvadus) ja painduvad kateetrid.
Arhitektuur: dekoratiivvooderdus ja kergkonstruktsioonipaneelid (2. klass, vormitavus ja korrosioonikindlus välistingimustes).
(2) Keskmine{1}}kõvadusaste (150–300 HB, 15–30 HRC)
Materjali tüübid: külm{0}}töödeldud CP Ti 4. klass (150–180 HB), lõõmutatud Ti-6Al-4V (280–300 HB) ja muud alfa-titaanisulamid (nt Ti-5Al-2,5Sn, 250–280 HB).
Peamised omadused: Tasakaalustatud tugevus (tõmbetugevus 400–800 MPa), mõõdukas kulumiskindlus ja säilinud korrosioonikindlus.
Rakenduse stsenaariumid:
Meretehnika: laevakere komponendid, avamereplatvormi kinnitusdetailid ja mereveepumbad (4. klassi Ti ja lõõmutatud Ti-6Al-4V korrosioonikindluse ja keskmise tugevusega).
Autotööstus: väljalaskesüsteemi komponendid ja kergklambrid (Ti-6Al-4V, kuumakindluse ja kaalu vähendamiseks).
Üldine tööstus: klapi korpused, surveanuma komponendid ja täppiskinnitused (konstruktsiooni terviklikkuse tagamiseks mõõduka koormuse korral).
(3) Kõrge{1}}kõvadusaste (300–420 HB, 30–42 HRC)
Materjali tüübid: Lahus -lõõmutatud ja vanandatud (STA) Ti-6Al-4V (320–420 HB), Ti-6Al-4V ELI (300–350 HB meditsiiniliseks kasutamiseks) ja beeta-titaanisulamid (nt Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, 350–400 HB).
Peamised omadused: High tensile strength (>900 MPa), suurepärane väsimuskindlus ja suurem kulumiskindlus (võrreldes lõõmutatud klassidega).
Rakenduse stsenaariumid:
Lennundus: õhusõidukite teliku komponendid, mootori labad ja konstruktsiooniraamid (STA Ti-6Al-4V, suure tugevuse ja kõvaduse jaoks äärmuslike koormuste korral).
Meditsiinilised implantaadid: puusa-/põlveproteesid ja lülisamba liitmise seadmed (Ti-6Al-4V ELI, 300–350 HB, tasakaalustav kõvadus kandevõime ja biosobivuse tagamiseks).
Kaitse- ja spordivarustus: soomuskatted,{0}}võimsad jalgrattaraamid ja golfikepipead (beeta-titaanisulamid suure kõvaduse ja löögikindluse tagamiseks).
(4) Ultra-Hard Grade (>420 HB, >42 HRC, piiratud kasutusega)
Materjali tüübid: Special heat-treated or surface-hardened titanium alloys (e.g., nitrided Ti-6Al-4V, surface hardness >55 HRC).
Peamised omadused: erakordne pinna kulumiskindlus, kuid drastiliselt vähenenud elastsus (pikenemine<5%) and increased brittleness.
Rakenduse stsenaariumid:
Täppistehnika: kulumiskindlad komponendid (nt klapipesad, laagripinnad), kus on nõutav lokaalne kõvadus; südamiku materjal jääb sitkuse jaoks madala-kõvadusega, samas kui pind kõveneb nitriidi või karburiseerimise teel.
Tööriistad: väikesemahulised{0}}lõiketööriistad ja stantsid värviliste metallide töötlemiseks- (hapruse tõttu piiratud kasutus).
