Vít Titan nguyên chất và hợp kim Titan: Sự khác biệt là gì?

Feb 04, 2024

Vít titan và hợp kim titan nguyên chất: Những điều cơ bản

Vít titan thuộc hai họ: titan nguyên chất về mặt thương mại (CP), về cơ bản là kim loại không hợp kim và hợp kim titan, kết hợp titan với các nguyên tố như nhôm, vanadi, molypden và niobi. Sự lựa chọn ảnh hưởng đến độ bền, khả năng chống ăn mòn, tuổi thọ mỏi, chi phí và các tiêu chuẩn mà dây buộc phải đáp ứng. Bài viết này so sánh hai họ để người mua có thể chỉ định loại vít phù hợp cho công việc.

Thành phần hóa học

Vật liệu	Thành phần chính (wt%)
CP Titan lớp 2	Ti Lớn hơn hoặc bằng 99,2, Fe Nhỏ hơn hoặc bằng 0,30, O Nhỏ hơn hoặc bằng 0,25, C Nhỏ hơn hoặc bằng 0,08
CP Titan lớp 4	Ti Lớn hơn hoặc bằng 98,9, Fe Nhỏ hơn hoặc bằng 0,50, O Nhỏ hơn hoặc bằng 0,40, C Nhỏ hơn hoặc bằng 0,08
Ti-6Al-4V (Cấp 5)	Al 5,5-6,5, V 3,5-4,5, Fe Nhỏ hơn hoặc bằng 0,40, O Nhỏ hơn hoặc bằng 0,20
Ti-6Al-4V ELI (Lớp 23)	Al 5,5-6,5, V 3,5-4,5, Fe Nhỏ hơn hoặc bằng 0,25, O Nhỏ hơn hoặc bằng 0,13

Tính chất cơ học được so sánh

Vật liệu	Độ bền kéo (MPa)	Năng suất 0,2% (MPa)	Độ giãn dài (%)
Lớp 2 (ủ)	Lớn hơn hoặc bằng 345	Lớn hơn hoặc bằng 275	Lớn hơn hoặc bằng 20
Lớp 4 (ủ)	Lớn hơn hoặc bằng 550	Lớn hơn hoặc bằng 483	Lớn hơn hoặc bằng 15
Lớp 5 (ủ)	Lớn hơn hoặc bằng 895	Lớn hơn hoặc bằng 828	Lớn hơn hoặc bằng 10
Lớp 23 (ủ)	Lớn hơn hoặc bằng 860	Lớn hơn hoặc bằng 795	Lớn hơn hoặc bằng 10

Các giá trị tuân theo tiêu chuẩn ASTM B348 cho thanh và que. Hợp kim titan có độ bền-cao có thể vượt quá độ bền kéo của nhiều loại thép kết cấu hợp kim trong khi chỉ nặng khoảng 60%. Đó là lý do tại sao ốc vít titan là tiêu chuẩn trong ngành hàng không vũ trụ.

Sự khác biệt thực tế trong dịch vụ

Vít hợp kim cường độ - mang tải trọng kẹp cao hơn ở cùng đường kính hoặc cho phép đường kính nhỏ hơn cho cùng tải trọng.

Khả năng chống ăn mòn - CP titan chống lại hầu hết các môi trường hóa chất và biển; các hợp kim như Ti-6Al-4V tương tự nhau trong hầu hết các môi trường nhưng có độ bền kém hơn một chút trong một số axit khử.

Galling - cả hai gia đình galling dưới sự tiếp xúc trượt; nên sử dụng lớp mạ molybdenum-disulfua hoặc bạc và các hợp chất chống{2}}co giật để lắp ráp ren.

Chốt hợp kim - mỏi mang lại độ bền mỏi cao hơn, quan trọng trong rung động và tải theo chu kỳ.

Khả năng tương thích sinh học - Cấp độ ELI (Cấp 23) được chỉ định cho vít xương và cố định bộ cấy ghép theo tiêu chuẩn ASTM F136 và ISO 5832-3.

Khả năng định dạng và chi phí - titan nguyên chất dễ làm nguội đầu hơn và chi phí thấp hơn; vít hợp kim thường yêu cầu tiêu đề hoặc gia công ấm.

Cách chọn

Đối với các ốc vít hóa học, hàng hải và công nghiệp nói chung trong đó khả năng chống ăn mòn là ưu tiên hàng đầu và tải trọng vừa phải, CP titan Cấp 2 hoặc Cấp 4 thường là đủ và tiết kiệm. Đối với các ốc vít kết cấu hàng không vũ trụ, các mối nối có độ bền- cao và các ứng dụng dễ bị mỏi, hãy chọn hợp kim alpha-beta chẳng hạn như Ti-6Al-4V, được cung cấp theo tiêu chuẩn ASTM F468 hoặc AMS 4967. Đối với các thiết bị cấy ghép phẫu thuật, hãy sử dụng Cấp 23 (Ti-6Al-4V ELI) đến ASTM F136 hoặc ISO 5832-3.

Câu hỏi thường gặp

Vít titan nguyên chất có yếu hơn vít hợp kim titan không?

Có, trong hầu hết các trường hợp. Titan CP loại 2 có độ bền kéo tối thiểu khoảng 345 MPa, trong khi Ti-6Al-4V được ủ vượt quá 895 MPa, do đó, vít hợp kim được sử dụng khi cần tải kẹp cao hơn.

Vít titan nguyên chất có thể được sử dụng trong nước biển?

Đúng. CP titan chống rỗ và ăn mòn kẽ hở trong nước biển và được sử dụng rộng rãi trong các ốc vít hàng hải, thường không có lớp phủ.

Tại sao vít hợp kim titan được ưa chuộng trong ngành hàng không vũ trụ?

Bởi vì chúng kết hợp độ bền cao, mật độ thấp và khả năng chống mỏi tuyệt vời, giúp giảm trọng lượng kết cấu của khung máy bay và động cơ.

Vít titan có cần lắp đặt đặc biệt không?

Chúng dễ bị kẹt, do đó, nên sử dụng các hợp chất chống-giữ, mô-men xoắn được kiểm soát và dụng cụ bằng thép không gỉ hoặc titan để tránh bị kẹt trong quá trình lắp ráp.

Tiêu chuẩn nào bao gồm ốc vít titan?

ASTM F468 bao gồm bu lông, ốc vít và đinh tán bằng kim loại màu bao gồm titan; phôi thanh được cung cấp theo tiêu chuẩn ASTM B348 và vít cấy ghép theo tiêu chuẩn ASTM F136 hoặc ISO 5832-3.