ลักษณะและคุณสมบัติของวัสดุโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียม

โลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมหลายประการ โดยส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในด้านต่อไปนี้:
1. มีความแข็งแรงสูง โลหะผสมไทเทเนียมมีความแข็งแรงสูง ความต้านทานแรงดึงอยู่ที่ 686-1176MPa และมีความหนาแน่นเพียงประมาณ 60% ของเหล็ก ดังนั้นความแข็งแรงจำเพาะจึงสูงมาก
2. มีความแข็งสูง ความแข็ง HRC ของโลหะผสมไทเทเนียม (สถานะอบอ่อน) คือ 32-38
3. โมดูลัสยืดหยุ่นต่ำ โมดูลัสยืดหยุ่นของโลหะผสมไททาเนียม (สถานะอบอ่อน) คือ 1.078×10-1.176×10MPa ซึ่งประมาณครึ่งหนึ่งของเหล็กกล้าและสเตนเลส
4. ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงและต่ำได้ดีเยี่ยม ที่อุณหภูมิสูง โลหะผสมไททาเนียมยังคงสามารถรักษาคุณสมบัติทางกลที่ดีได้ ทนความร้อนได้สูงกว่าโลหะผสมอะลูมิเนียมมาก และช่วงอุณหภูมิการใช้งานก็กว้าง ในปัจจุบัน อุณหภูมิในการทำงานของโลหะผสมไทเทเนียมทนความร้อนใหม่สามารถสูงถึง 550-600 องศา ; ที่อุณหภูมิต่ำ ความแข็งแรงของโลหะผสมไทเทเนียมจะดีขึ้นเมื่อเทียบกับอุณหภูมิปกติ และมีความเหนียวที่ดี โลหะผสมไทเทเนียมที่อุณหภูมิต่ำยังคงสามารถรักษาความเหนียวที่ดีได้ที่ -253 องศา

5. ไทเทเนียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง ในอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 550 องศา ฟิล์มออกไซด์ที่บางและหนาแน่นจะก่อตัวอย่างรวดเร็วบนพื้นผิวไทเทเนียม ดังนั้นความต้านทานการกัดกร่อนในตัวกลางออกซิไดซ์ เช่น บรรยากาศ น้ำทะเล กรดไนตริก และกรดซัลฟูริก ด่างแก่จึงดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมส่วนใหญ่
โลหะผสมไททาเนียมมีความแข็งแรงและความแข็งสูง ดังนั้นอุปกรณ์การประมวลผลจึงต้องมีประสิทธิภาพ ส่วนแม่พิมพ์และเครื่องมือตัดควรมีความแข็งแรงและความแข็งสูง ในระหว่างการตัด พื้นที่สัมผัสระหว่างเศษและหน้าคายจะมีน้อย และความเค้นบนปลายเครื่องมือมีมาก เมื่อเทียบกับเหล็ก 45 แม้ว่าแรงตัดของไททาเนียมอัลลอยด์จะอยู่ที่ 2/3-3/4 เท่านั้น แต่พื้นที่สัมผัสระหว่างเศษและหน้าคายก็น้อยกว่า (เพียง 1/2-2/3 ของเหล็ก 45 ชิ้น ) ดังนั้นการตัดเครื่องมือความเครียดบนใบมีดจึงมีขนาดใหญ่และปลายเครื่องมือหรือคมตัดนั้นง่ายต่อการสวมใส่ โลหะผสมไททาเนียมมีปัจจัยเสียดสีสูงและมีค่าการนำความร้อนต่ำ (เหล็กและอลูมิเนียมเพียง 1/4 และ 1/16 ตามลำดับ) การสัมผัสระหว่างเครื่องมือกับเศษเกิดจากการที่มีความยาวสั้น ความร้อนในการตัดจะสะสมในพื้นที่เล็กๆ ใกล้กับคมตัด และจะไม่กระจายไปได้ง่าย ปัจจัยเหล่านี้ทำให้อุณหภูมิการตัดของโลหะผสมไททาเนียมสูงมาก ส่งผลให้เครื่องมือสึกหรอเร็วขึ้นและส่งผลต่อคุณภาพการประมวลผล เนื่องจากโมดูลัสยืดหยุ่นต่ำของไททาเนียมอัลลอยด์ ชิ้นงานจึงเด้งกลับอย่างมากในระหว่างการตัด ซึ่งอาจทำให้ด้านข้างของเครื่องมือสึกหรอเพิ่มขึ้นและการเสียรูปของชิ้นงานได้อย่างง่ายดาย โลหะผสมไทเทเนียมมีปฏิกิริยาทางเคมีสูงที่อุณหภูมิสูง และทำปฏิกิริยากับก๊าซเจือปน เช่น ไฮโดรเจนและออกซิเจนในอากาศได้ง่าย ปฏิกิริยาเคมีทำให้เกิดชั้นที่แข็งตัวขึ้น ส่งผลให้การสึกหรอของเครื่องมือรุนแรงขึ้นอีก ในการตัดโลหะผสมไททาเนียม วัสดุชิ้นงานจะติดเข้ากับพื้นผิวเครื่องมือได้ง่าย และเมื่อประกอบกับอุณหภูมิการตัดที่สูง เครื่องมือจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการสึกหรอแบบแพร่กระจายและการสึกหรอแบบยึดเกาะ
โลหะผสมไททาเนียมมีคุณสมบัติทางเคมีที่ใช้งานได้และเข้ากันได้ง่ายและยึดติดกับสารกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง อุดตันล้อเจียร ส่งผลให้ล้อเจียรสึกหรอมากขึ้น ประสิทธิภาพการเจียรลดลง และความยากลำบากในการประกันความแม่นยำในการเจียร การสึกหรอของล้อเจียรยังเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างล้อเจียรและชิ้นงาน ทำให้สภาวะการกระจายความร้อนลดลงและอุณหภูมิในบริเวณเจียรจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ก่อให้เกิดความเครียดจากความร้อนขนาดใหญ่บนพื้นผิวเจียร ทำให้เกิดแผลไหม้เฉพาะที่ บนชิ้นงานและทำให้เกิดการเจียรแตกร้าว โลหะผสมไททาเนียมมีความแข็งแรงและความเหนียวสูง ซึ่งทำให้เศษเจียรแยกออกได้ยากในระหว่างการเจียร เพิ่มแรงเจียร และเพิ่มการใช้พลังงานการเจียรตามนั้น โลหะผสมไทเทเนียมมีค่าการนำความร้อนต่ำและมีความร้อนจำเพาะต่ำ การนำความร้อนจะช้าในระหว่างการเจียร ทำให้ความร้อนสะสมในบริเวณส่วนการเจียร ทำให้อุณหภูมิของโซนการเจียรสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ​

เมื่อทำการอัดขึ้นรูปไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียม ต้องใช้อุณหภูมิการอัดขึ้นรูปที่สูงและความเร็วในการอัดขึ้นรูปที่รวดเร็ว เพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิลดลงเร็วเกินไป ในเวลาเดียวกัน เวลาสัมผัสระหว่างช่องว่างอุณหภูมิสูงและแม่พิมพ์ควรจะสั้นลงให้มากที่สุด ดังนั้นแม่พิมพ์อัดขึ้นรูปควรใช้วัสดุแม่พิมพ์ทนความร้อนแบบใหม่ และความเร็วในการลำเลียงชิ้นงานจากเตาให้ความร้อนไปยังกระบอกอัดรีดก็ควรจะเร็วเช่นกัน เนื่องจากโลหะสามารถปนเปื้อนได้ง่ายจากก๊าซในระหว่างการให้ความร้อนและการอัดขึ้นรูป จึงควรมีมาตรการป้องกันที่เหมาะสมด้วย ควรเลือกสารหล่อลื่นที่เหมาะสมในระหว่างการอัดขึ้นรูปเพื่อป้องกันการเกาะติดกับแม่พิมพ์ เช่น การอัดขึ้นรูปแบบแจ็คเก็ตและการอัดขึ้นรูปด้วยสารหล่อลื่นด้วยแก้ว เนื่องจากผลกระทบทางความร้อนอย่างมากจากการเสียรูปของโลหะผสมไททาเนียมและไททาเนียมและค่าการนำความร้อนต่ำ จึงจำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปในระหว่างการอัดขึ้นรูปและการเสียรูป กระบวนการอัดขึ้นรูปของโลหะผสมไทเทเนียมนั้นซับซ้อนกว่าโลหะผสมอลูมิเนียม โลหะผสมทองแดง และแม้แต่เหล็ก ซึ่งจะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีพิเศษของโลหะผสมไททาเนียม ในระหว่างการอัดขึ้นรูปโลหะผสมไทเทเนียมแบบย้อนกลับด้วยความร้อนแบบธรรมดา อุณหภูมิของแม่พิมพ์จะต่ำ อุณหภูมิพื้นผิวของแท่งเหล็กที่สัมผัสกับแม่พิมพ์จะลดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่อุณหภูมิภายในแท่งเหล็กจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากความร้อนที่ผิดรูป เนื่องจากการนำความร้อนต่ำของโลหะผสมไททาเนียม หลังจากอุณหภูมิพื้นผิวลดลง ความร้อนของเหล็กแท่งด้านในไม่สามารถถ่ายโอนไปยังพื้นผิวได้ทันเวลาเพื่อเติมเต็ม และชั้นที่แข็งตัวของพื้นผิวจะปรากฏขึ้น ทำให้ยากต่อการเสียรูปต่อไป ในเวลาเดียวกัน การไล่ระดับอุณหภูมิขนาดใหญ่จะปรากฏขึ้นระหว่างชั้นผิวและชั้นใน แม้ว่าจะสามารถขึ้นรูปได้ แต่ก็ทำให้เกิดการเสียรูปและโครงสร้างที่ไม่สม่ำเสมอได้ง่าย
โลหะผสมไทเทเนียมมีความไวต่อพารามิเตอร์กระบวนการตีขึ้นรูปมาก การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิการตีขึ้นรูป ปริมาณการเสียรูป ปริมาณการเสียรูป และอัตราการเย็นตัวจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างและคุณสมบัติของโลหะผสมไททาเนียม เพื่อควบคุมคุณสมบัติเชิงโครงสร้างของการตีขึ้นรูปได้ดีขึ้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการตีขึ้นรูปขั้นสูง เช่น การตีขึ้นรูปด้วยความร้อนและการตีด้วยความร้อนคงที่ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตโลหะผสมไทเทเนียมในการตีขึ้นรูป

ความเป็นพลาสติกของโลหะผสมไทเทเนียมจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ในช่วงอุณหภูมิ 1000-1200 องศา ความเป็นพลาสติกจะถึงค่าสูงสุด และระดับการเปลี่ยนรูปที่ยอมรับได้จะอยู่ที่ 70%-80% ช่วงอุณหภูมิการตีขึ้นรูปของโลหะผสมไททาเนียมนั้นแคบและควรได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดตาม ( )/ อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง (ยกเว้นช่องเปิดของลิ่ม) มิฉะนั้นเมล็ดจะเติบโตอย่างรุนแรงและลดความเป็นพลาสติกที่อุณหภูมิห้อง โลหะผสมไททาเนียมมักจะอยู่ระหว่าง ( ) การตีขึ้นรูปจะดำเนินการในบริเวณเฟส เนื่องจากอุณหภูมิการตีขึ้นรูปเหนือเส้น ( )/ การเปลี่ยนแปลงสูงเกินไป ซึ่งจะนำไปสู่การเกิดเฟสเปราะ ทั้งการตีโลหะผสมไทเทเนียมครั้งแรกและการตีขั้นสุดท้ายจะต้องสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง ( )/ ความต้านทานการเปลี่ยนรูปของโลหะผสมไททาเนียมจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามความเร็วการเปลี่ยนรูปที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอุณหภูมิการตีขึ้นรูปมีอิทธิพลต่อความต้านทานการเปลี่ยนรูปของโลหะผสมไททาเนียมมากขึ้น ดังนั้นการตีขึ้นรูปแบบธรรมดาจะต้องดำเนินการในแม่พิมพ์ตีขึ้นรูปโดยมีการระบายความร้อนน้อยที่สุด ปริมาณขององค์ประกอบคั่นระหว่างหน้า (เช่น O, N, C) ก็มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความสามารถในการขึ้นรูปของโลหะผสมไทเทเนียมเช่นกัน