Domů / Wiki / Materiály / Titan

Slitiny titanu

Titan je na papíře působivý — pevný, lehký, odolný proti korozi. Je ale drahý, pomalu se obrábí a často se předepisuje tam, kde by hliník nebo nerez udělaly stejnou práci za polovinu ceny. Tato stránka vám pomůže rozhodnout, kdy je titan skutečně nutný a jak s ním pracovat.

Vyplatí se titan?

Vaše situacePoužít titan?Lepší alternativa
Letectví / konstrukce drakuAno—
Medicínské implantáty (biokompatibilita)Ano—
Námořní prostředí (slaná voda, bez tepla)Možná316L nerez je levnější pro nenamáhané díly
Chemické zpracování (korozivní)MožnáHastelloy nebo super duplex mohou být lepší
Vysoká pevnost při nízké hmotnosti (ne letecké)Možná7075-T6 hliník je levnější, pokud není korozivní prostředí
Jen potřebujete lehkost + pevnostNe7075 hliník (stejná pevnost, 40 % ceny)
Jen potřebujete korozní odolnostNe316 nerez (5–10x levnější)
Prototyp / malá sérieNeNejdřív prototyp z hliníku nebo oceli
Kontrola reality nákladů Titanový materiál stojí 5–10x víc než hliník a 3–5x víc než nerez. Obrábění stojí 2–3x víc než u oceli kvůli nízkým řezným rychlostem a rychlému opotřebení nástroje. Titan předepište jen tehdy, když máte skutečný požadavek na jeho jedinečnou kombinaci pevnosti, hmotnosti a korozní odolnosti.

Grade 2 vs Ti-6Al-4V

VlastnostGrade 2 (CP)Ti-6Al-4V (Grade 5)
TypKomerčně čistýAlfa-beta slitina
Pevnost v tahu (MPa)275–410895–930
Mez kluzu (MPa)170–275825–860
Hustota (g/cm³)4.514.43
Tvrdost200–275 HB33–36 HRC
SvařitelnostAnoObtížná (vyžaduje ochranu)
Tepelné zpracováníNeAno (stárnutí zvyšuje pevnost)
ObrobitelnostLepšíNáročná na nástroje
Relativní cena1.0x1.3–1.5x
PoužitíChemie, námořní prostředí, biomedicínaLetectví, vysoká pevnost
Jednoduché pravidlo Potřebujete korozní odolnost (ne vysokou pevnost)? Použijte Grade 2. Potřebujete vysokou pevnost + nízkou hmotnost? Použijte Ti-6Al-4V. To pokrývá 95 % titanových aplikací.

Obrábění titanu — tvrdá pravda

PravidloDetail
Nízká řezná rychlost30–60 m/min pro Grade 2, 20–45 m/min pro Ti-6Al-4V. Vyšší rychlost jen spálí nástroj, aniž by řezala rychleji.
Zaplavená chladicí kapalinaPovinná. Titan má špatnou tepelnou vodivost — teplo zůstává na břitu. Bez zaplavené chladicí kapaliny klesne trvanlivost nástroje na minuty.
Ostré nástroje, často měněnéTitan se zpevňuje za studena. Tupý nástroj vytváří zpevněnou povrchovou vrstvu, která zničí i následující nástroj.
Malý úhel čelaPoužívejte nástroje s kladným úhlem čela, ale s ostřejším břitem. Stopkové frézy s povlakem TiAlN nebo diamantem vydrží 3–5x déle.
Tenká třískaRadiální hloubku záběru držte malou. Silná tříska v titanu generuje příliš mnoho tepla. Více mělkých průchodů.
Riziko požáruTitanová tříska se může vznítit. Nikdy nepoužívejte řezný olej — používejte chladicí kapalinu na vodní bázi. Třísku pravidelně uklízejte.
Požár titanu Jemná titanová tříska se může vznítit, zejména při obrábění nasucho. Titanové požáry hoří při 3000°C+ a nelze je uhasit vodou (hoří ještě tepleji). Je to vzácné, ale skutečné. Používejte zaplavenou chladicí kapalinu na vodní bázi a udržujte stroj bez třísky.

Povrchová úprava

ÚpravaÚčelPoznámky
Eloxování (Typ II)Barva, odolnost proti opotřebeníVytváří modré/fialové/zlaté barvy. Oblíbené v medicíně a letectví.
Tryskání abrazivemPříprava povrchuVytváří matný povrch. Vyžaduje se před mnoha procesy povlakování.
LeštěníZrcadlový povrchMožné, ale pracné. Titan se dobře leští.
PVD povlakOdolnost proti opotřebeníTiN, CrN na titanu pro nižší tření. Používá se u medicínských implantátů.

Časté chyby

ChybaCo se staneSprávný postup
Předepsání titanu, když stačí hliníkPlatíte 5–10x víc za materiál bez přínosuSpočítejte to: požadavek na pevnost/hmotnost/korozi. Většina dílů titan nepotřebuje.
Vysoká řezná rychlostNástroj shoří v řádu minut, špatná kvalita povrchuDržte pod 60 m/min pro Grade 2, 45 m/min pro Ti-6Al-4V
Použití řezného olejeRiziko požáru u titanové třískyJen chladicí kapalina na vodní bázi
Nedostatečně častá výměna nástrojůZpevněný povrch ničí následující nástrojeVyměňte při prvním náznaku opotřebení
Grade 2 na vysokopevnostní dílyMez kluzu jen 275 MPa — slabší než 6061-T6Vysoká pevnost vyžaduje Ti-6Al-4V
Časté dotazy
Kdy se titan vyplatí a kdy mám místo něj použít hliník?

Titan předepište jen tam, kde je jeho kombinace pevnosti, hmotnosti a korozní odolnosti skutečně nutná: konstrukce letadel nebo draků a medicínské implantáty. Jinak alternativy vycházejí cenově lépe. Hliník 7075-T6 dává stejnou pevnost za 40 % ceny titanu a nerez 316 je 5–10x levnější, když potřebujete pouze korozní odolnost. Titanový materiál stojí 5–10x víc než hliník a 3–5x víc než nerez, obrábění stojí 2–3x víc než u oceli a prototyp patří nejdřív do hliníku nebo oceli.

Mám použít Grade 2, nebo Ti-6Al-4V?

Nejdřív rozhodněte o pevnosti, potom zkontrolujte prostředí. Komerčně čistý titan Grade 2 dává pevnost v tahu 275–410 MPa, mez kluzu 170–275 MPa, hustotu 4.51 g/cm³ a tvrdost 200–275 HB; je svařitelný a šetrnější k nástrojům. Ti-6Al-4V dává pevnost v tahu 895–930 MPa, mez kluzu 825–860 MPa, hustotu 4.43 g/cm³ a 33–36 HRC, ale svařování je obtížné a je náročný na nástroje. Jednoduché pravidlo: korozní odolnost bez vysoké pevnosti znamená Grade 2; vysoká pevnost při nízké hmotnosti znamená Ti-6Al-4V.

Proč titanové díly potřebují nízké rychlosti a zaplavenou chladicí kapalinu?

Rychlost držte nízko a chladicí kapalinu nechte zaplavovat. Grade 2 se obrábí při 30–60 m/min a Ti-6Al-4V při 20–45 m/min; vyšší rychlost spálí nástroj, aniž by řezala rychleji, takže zůstaňte pod 60 m/min, respektive 45 m/min. Zaplavená chladicí kapalina je povinná, protože titan má špatnou tepelnou vodivost — teplo zůstává na břitu a bez chlazení klesne trvanlivost nástroje na minuty. Používejte nástroje s kladným úhlem čela a ostrým břitem; stopkové frézy s povlakem TiAlN nebo diamantem vydrží 3–5x déle.

Jak se vyhnout požárům titanové třísky a problémům se zpevňováním?

Nikdy nepoužívejte řezný olej. Jemná titanová tříska se může vznítit, zejména při obrábění nasucho, a titanový požár hoří při 3000°C+ a nelze ho uhasit vodou, protože hoří ještě tepleji — používejte proto zaplavenou chladicí kapalinu na vodní bázi a udržujte stroj bez třísky. Co se zpevňování týče, nástroje často vyměňujte: tupý nástroj zanechává zpevněnou povrchovou vrstvu, která zničí i následující nástroj. Radiální hloubku záběru držte malou a dělejte více mělkých průchodů, protože silná tříska generuje příliš mnoho tepla.