Značilnosti in lastnosti materialov iz titana in titanovih zlitin

Titan in titanove zlitine imajo številne odlične lastnosti, ki se odražajo predvsem v naslednjih vidikih:
1. Visoka trdnost. Titanova zlitina ima visoko trdnost, njena natezna trdnost je 686-1176MPa, njena gostota pa le približno 60 % jekla, zato je njena specifična trdnost zelo visoka.
2. Visoka trdota. Trdota HRC titanove zlitine (žarjeno stanje) je 32-38.
3. Nizek modul elastičnosti. Modul elastičnosti titanove zlitine (žarjeno stanje) je 1,078×10-1.176×10MPa, kar je približno polovica tega kot pri jeklu in nerjavnem jeklu.
4. Odlična zmogljivost pri visokih in nizkih temperaturah. Pri visokih temperaturah lahko titanove zlitine še vedno ohranijo dobre mehanske lastnosti, njihova toplotna odpornost je veliko višja kot pri aluminijevih zlitinah, njihovo temperaturno območje uporabe pa je široko. Trenutno lahko delovna temperatura novih toplotno odpornih titanovih zlitin doseže 550-600 stopinj; pri nizkih temperaturah je trdnost titanovih zlitin izboljšana v primerjavi z običajnimi temperaturami in imajo dobro žilavost. Nizkotemperaturne titanove zlitine lahko še vedno ohranijo dobro žilavost pri -253 stopinjah.

5. Titan ima močno odpornost proti koroziji. V zraku pod 550 stopinjami se na površini titana hitro oblikuje tanek in gost oksidni film. Zato je njegova odpornost proti koroziji v oksidativnih medijih, kot so atmosfera, morska voda, dušikova kislina in žveplova kislina, močne alkalije, boljša kot pri večini nerjavnih jekel.
Titanove zlitine imajo visoko trdnost in trdoto, zato mora biti oprema za obdelavo zmogljiva, kalupi in rezalna orodja pa morajo imeti visoko trdnost in trdoto. Med rezanjem je kontaktna površina med odrezkom in čelno površino majhna, obremenitev na konici orodja pa velika. Čeprav je rezalna sila titanove zlitine le 2/3-3/4, je v primerjavi z jeklom 45 kontaktna površina med odrezkom in nagnjeno stranjo manjša (samo 1/2-2/3 jekla 45 ), tako da orodje za rezanje Obremenitev na rezilu je velika, konico orodja ali rezalni rob pa je enostavno obrabiti; titanova zlitina ima velik faktor trenja in nizko toplotno prevodnost (le 1/4 oziroma 1/16 železa in aluminija); Stik med orodjem in odrezkom je posledica njegovega. Pri kratki dolžini se bo rezalna toplota akumulirala na majhnem območju blizu rezalnega roba in se ne bo zlahka razpršila. Zaradi teh dejavnikov je temperatura rezanja titanove zlitine zelo visoka, kar povzroči pospešeno obrabo orodja in vpliva na kakovost obdelave. Zaradi nizkega modula elastičnosti titanove zlitine se obdelovanec med rezanjem močno odbije, kar lahko zlahka povzroči povečano obrabo boka orodja in deformacijo obdelovanca. Titanove zlitine so zelo kemično aktivne pri visokih temperaturah in zlahka reagirajo s plinastimi nečistočami, kot sta vodik in kisik v zraku. Kemična reakcija ustvari utrjeno plast, ki dodatno poslabša obrabo orodja; pri rezanju iz titanove zlitine se material obdelovanca enostavno veže na površino orodja, skupaj z visoko temperaturo rezanja pa je orodje nagnjeno k obrabi zaradi difuzije in adhezije.
Titanove zlitine imajo aktivne kemične lastnosti in so zlahka združljive z abrazivi in ​​se nanje oprimejo pri visokih temperaturah, zamašijo brusno ploščo, kar povzroči povečano obrabo brusne plošče, zmanjšano zmogljivost brušenja in težave pri zagotavljanju natančnosti brušenja. Obraba brusa poveča tudi kontaktno površino med brusom in obdelovancem, kar povzroči poslabšanje pogojev za odvajanje toplote in močno povišanje temperature v območju brušenja, kar povzroči veliko toplotno obremenitev na površini brusa, kar povzroči lokalne opekline na obdelovanec in povzroči razpoke pri brušenju. Titanova zlitina ima visoko trdnost in žilavost, zaradi česar je brusne ostružke težko ločiti med mletjem, poveča silo mletja in ustrezno poveča porabo energije pri mletju. Titanova zlitina ima nizko toplotno prevodnost in majhno specifično toploto. Prevod toplote je med mletjem počasen, kar povzroči kopičenje toplote v coni brusilnega obloka, zaradi česar temperatura brusilne cone močno naraste. ​

Pri ekstrudiranju titana in titanovih zlitin sta potrebni visoka temperatura ekstrudiranja in visoka hitrost ekstrudiranja, da preprečimo prehiter padec temperature. Hkrati je treba čas stika med visokotemperaturnim surovcem in kalupom čim bolj skrajšati. Zato mora ekstruzijska matrica uporabljati nove materiale za matrice, odporne na vročino, hitrost prenosa surovca ​​iz ogrevalne peči v ekstruzijski sod pa mora biti tudi visoka. Ker se kovina med segrevanjem in iztiskanjem zlahka kontaminira s plinom, je treba sprejeti tudi ustrezne zaščitne ukrepe. Med ekstrudiranjem je treba izbrati ustrezna maziva, da preprečite oprijem na kalup, kot je ekstrudiranje plašča in ekstrudiranje s steklom. Zaradi velikega toplotnega učinka deformacije titana in titanovih zlitin ter slabe toplotne prevodnosti je treba posebno pozornost nameniti preprečevanju pregrevanja med iztiskanjem in deformacijo. Postopek iztiskanja titanove zlitine je bolj zapleten kot postopek iztiskanja aluminijeve zlitine, bakrove zlitine in celo jekla. To določajo posebne fizikalne in kemijske lastnosti titanove zlitine. Med običajnim vročim povratnim iztiskanjem titanove zlitine je temperatura matrice nizka, površinska temperatura gredice v stiku z matrico hitro pade, medtem ko se temperatura znotraj gredice poveča zaradi deformacijske toplote. Zaradi nizke toplotne prevodnosti titanove zlitine po padcu površinske temperature toplote notranje gredice ni mogoče pravočasno prenesti na površino, da bi jo obnovili, in pojavila se bo površinsko utrjena plast, ki bo otežila nadaljevanje deformacije. Hkrati se bo med površinsko in notranjo plastjo pojavil velik temperaturni gradient. Tudi če se lahko oblikuje, je enostavno povzročiti deformacijo in neenakomerno strukturo.
Titanove zlitine so zelo občutljive na parametre postopka kovanja. Spremembe temperature kovanja, količine deformacije, količine deformacije in hitrosti ohlajanja bodo povzročile spremembe v strukturi in lastnostih titanovih zlitin. Da bi bolje nadzorovali strukturne lastnosti odkovkov, so se v zadnjih letih pri proizvodnji kovanja titanovih zlitin široko uporabljale napredne tehnologije kovanja, kot sta kovanje z vročim brizganjem in izotermično kovanje.

Plastičnost titanovih zlitin narašča s temperaturo. V temperaturnem območju 1000-1200 stopinj plastičnost doseže največjo vrednost, dovoljena stopnja deformacije pa 70%-80%. Temperaturno območje kovanja titanovih zlitin je ozko in ga je treba strogo nadzorovati glede na ( )/temperaturo transformacije (razen za odprtine v ingotu), sicer bodo zrna močno rasla in zmanjšala plastičnost pri sobni temperaturi; titanove zlitine so običajno med ( ) Kovanje se izvaja v faznem območju, ker je temperatura kovanja nad ( ) / črto transformacije previsoka, kar bo povzročilo nastanek krhke faze. Začetno kovanje in končno kovanje titanove zlitine morata biti višja od ( )/temperature transformacije. Deformacijska odpornost titanove zlitine hitro narašča s povečanjem hitrosti deformacije, med katerimi ima temperatura kovanja večji vpliv na deformacijsko odpornost titanove zlitine. Zato je treba konvencionalno kovanje izvajati v kovaški matrici z minimalnim hlajenjem. Vsebnost intersticijskih elementov (kot so O, N, C) prav tako pomembno vpliva na kovljivost titanovih zlitin.