Karakteristike i svojstva titanijuma i materijala od legura titana

Titan i legure titana imaju mnoga izvrsna svojstva, koja se uglavnom ogledaju u sljedećim aspektima:
1. Visoka čvrstoća. Titanijumska legura ima veliku čvrstoću, vlačna čvrstoća je 686-1176MPa, a gustina je samo oko 60% čelika, tako da je njena specifična čvrstoća veoma visoka.
2. Visoka tvrdoća. Tvrdoća HRC legure titanijuma (žareno stanje) je 32-38.
3. Nizak modul elastičnosti. Modul elastičnosti legure titanijuma (žareno stanje) je 1,078×10-1.176×10MPa, što je otprilike polovina od čelika i nerđajućeg čelika.
4. Odlične performanse na visokim i niskim temperaturama. Na visokim temperaturama, legure titana i dalje mogu zadržati dobra mehanička svojstva, njihova otpornost na toplinu je mnogo veća od otpornosti na aluminijske legure, a raspon temperature njihove upotrebe je širok. Trenutno, radna temperatura novih legura titanijuma otpornih na toplotu može dostići 550-600 stepen; na niskim temperaturama, čvrstoća titanijumskih legura je poboljšana u odnosu na normalne temperature i imaju dobru žilavost. Niskotemperaturne legure titana i dalje mogu održati dobru žilavost na -253 stepenu.

5. Titanijum ima jaku otpornost na koroziju. U vazduhu ispod 550 stepeni, tanak i gust oksidni film će se brzo formirati na površini titanijuma. Stoga je njegova otpornost na koroziju u oksidirajućim medijima kao što su atmosfera, morska voda, dušična kiselina i sumporna kiselina, jaka lužina bolja od one kod većine nehrđajućih čelika.
Legure titana imaju visoku čvrstoću i tvrdoću, tako da je potrebno da oprema za obradu bude moćna, a kalupi i alati za rezanje treba da imaju veliku čvrstoću i tvrdoću. Tokom rezanja, kontaktna površina između strugotine i grabulje je mala, a naprezanje vrha alata je veliko. U poređenju sa čelikom 45, iako je sila rezanja legure titanijuma samo 2/3-3/4, površina kontakta između strugotine i grabulje je manja (samo 1/2-2/3 od 45 čelika ), tako da sečenje alata Naprezanje oštrice je veliko, a vrh alata ili rezna ivica se lako nose; legura titana ima veliki faktor trenja i nisku toplotnu provodljivost (samo 1/4 odnosno 1/16 gvožđa i aluminijuma); kontakt između alata i strugotine je zbog njegove kratke dužine, toplota rezanja će se akumulirati na malom području blizu oštrice i neće se lako raspršiti. Ovi faktori čine temperaturu rezanja legure titana veoma visokom, što rezultira ubrzanim habanjem alata i utiče na kvalitet obrade. Zbog niskog modula elastičnosti legure titanijuma, obradak se jako odbija tokom rezanja, što može lako uzrokovati povećano trošenje bokova alata i deformaciju radnog komada. Legure titana su visoko hemijski aktivne na visokim temperaturama i lako reaguju sa gasovitim nečistoćama kao što su vodonik i kiseonik u vazduhu. Hemijska reakcija stvara stvrdnuti sloj, što dodatno otežava trošenje alata; u rezanju legure titana, materijal radnog komada se lako vezuje za površinu alata, a zajedno sa visokom temperaturom rezanja, alat je sklon difuzijskom trošenju i habanju ljepila.
Legure titana imaju aktivna hemijska svojstva i lako su kompatibilne sa abrazivima i prijanjaju na njih na visokim temperaturama, začepljuju brusni točak, što dovodi do povećanog habanja brusne ploče, smanjene performanse brušenja i poteškoća u obezbeđivanju tačnosti brušenja. Istrošenost brusnog točaka također povećava površinu kontakta između brusne ploče i obratka, uzrokujući pogoršanje uvjeta odvođenja topline i nagli porast temperature u području brušenja, stvarajući veliko toplinsko naprezanje na površini za mljevenje, uzrokujući lokalne opekotine na radnom komadu i izazivaju pukotine pri brušenju. Titanijumska legura ima visoku čvrstoću i žilavost, što otežava odvajanje strugotina tokom mlevenja, povećava silu brušenja i u skladu s tim povećava potrošnju energije za mlevenje. Titanijumska legura ima nisku toplotnu provodljivost i malu specifičnu toplotu. Provođenje toplote je sporo tokom mlevenja, što dovodi do akumulacije toplote u zoni luka za mlevenje, što dovodi do naglog porasta temperature zone za mlevenje. ​

Prilikom ekstrudiranja titana i legura titana, potrebna je visoka temperatura ekstruzije i velika brzina ekstruzije kako bi se spriječilo prebrzo opadanje temperature. U isto vrijeme, vrijeme kontakta između visokotemperaturnog blanka i kalupa treba skratiti što je više moguće. Stoga bi ekstruzijska matrica trebala koristiti nove materijale otporne na toplinu, a brzina transporta gotove od peći za grijanje do cijevi za ekstruziju također bi trebala biti velika. S obzirom da se metal lako kontaminira plinom tokom zagrijavanja i ekstruzije, također treba poduzeti odgovarajuće zaštitne mjere. Tijekom ekstruzije treba odabrati odgovarajuća maziva kako bi se spriječilo prianjanje na kalup, kao što je ekstruzija omotača i ekstruzija podmazana staklom. Zbog velikog toplotnog efekta deformacije titanijuma i legure titana i slabe toplotne provodljivosti, posebna pažnja se mora posvetiti sprečavanju pregrijavanja tokom ekstruzije i deformacije. Proces ekstruzije legure titanijuma je složeniji od procesa ekstruzije legure aluminijuma, legure bakra, pa čak i čelika. To je određeno posebnim fizičkim i kemijskim svojstvima legure titana. Tokom konvencionalnog vrućeg reverznog ekstrudiranja legure titanijuma, temperatura matrice je niska, temperatura površine gredice u kontaktu sa matricom brzo opada, dok se temperatura unutar gredice povećava zbog toplote deformacije. Zbog niske toplinske provodljivosti legure titana, nakon što temperatura površine padne, toplina unutarnje gredice ne može se na vrijeme prenijeti na površinu da bi je nadoknadila, a pojavit će se površinski očvrsnuti sloj, što otežava nastavak deformacije. Istovremeno će se pojaviti veliki temperaturni gradijent između površinskog i unutrašnjeg sloja. Čak i ako se može formirati, lako je izazvati deformaciju i neravnu strukturu.
Legure titana su veoma osetljive na parametre procesa kovanja. Promjene temperature kovanja, količine deformacije, količine deformacije i brzine hlađenja uzrokovat će promjene u strukturi i svojstvima titanijumskih legura. U cilju bolje kontrole strukturnih svojstava otkovaka, poslednjih godina, napredne tehnologije kovanja kao što su toplo kovanje i izotermno kovanje naširoko su se koristile u proizvodnji kovanja titanijumskih legura.

Plastičnost titanijumskih legura raste sa temperaturom. U temperaturnom opsegu od 1000-1200 stepena, plastičnost dostiže maksimalnu vrijednost, a dozvoljeni stepen deformacije dostiže 70%-80%. Opseg temperature kovanja titanijumskih legura je uzak i treba ga strogo kontrolisati u skladu sa ( )/temperaturom transformacije (osim za otvore ingota), inače će zrna naglo rasti i smanjiti plastičnost na sobnoj temperaturi; legure titana su obično između ( ) Kovanje se izvodi u faznom području jer je temperatura kovanja iznad ( )/transformacione linije previsoka, što će dovesti do stvaranja lomljive faze. I početno i konačno kovanje legure titanijuma moraju biti veće od ( )/temperature transformacije. Otpornost titanijumske legure na deformaciju brzo raste sa povećanjem brzine deformacije, među kojima temperatura kovanja ima veći uticaj na otpornost na deformaciju legure titana. Stoga se konvencionalno kovanje mora obavljati u kalupu za kovanje uz minimalno hlađenje. Sadržaj međuprostornih elemenata (kao što su O, N, C) takođe ima značajan uticaj na kovanje titanijumskih legura.