Vlastnosti titanových slitin

Titan je šedý až stříbřitě bílý kov, který vyniká svou vysokou pevností, korozní odolností a biokompatibilitou, což ho předurčuje pro použití v medicíně, leteckém, kosmickém, a chemickém průmyslu. Pro jeho nízkou specifickou hmotnost nachází uplatnění i v motorsportu, kde se začal používat nejprve pro vysoce namáhané díly formulí F1 a se zlepšující se dostupností se postupně rozšířil i do jiných kategorií motorsportu a sportu obecně.

Velký podíl světové produkce tvoří tzv. komerčně čistý titan, který dosahuje čistoty 99-99,8%. Podle obsahu nečistot (O2,C,H2,Fe,Si), který výrazně ovlivňuje jeho mechanické vlastnosti, se komerčně čistý titan dělí na jednotlivé jakosti – „grade“ 1 - 4. Další slitiny, počínaje jakostí Grade 5 (Ti6Al4V) už jsou legované ostatními prvky (Al,V,Mo,Cr). Tyto slitiny jsou pevnější, ale mají horší tvařitelnost. Titan grade 7 resp. 11 je komerčně čistý titan s jediným legujícím prvkem (palladium), který zvyšuje korozní odolnost. Mechanické vlastnosti jsou velmi podobné titanu grade 2 resp. 1.

Obecnou vlastností titanových slitin je nízká tepelná vodivost se kterou souvisí špatná obrobitelnost. Při obrábění je potřeba dodávat velké množství chladícího média (zvláště při vrtání), používat relativně nízké otáčky a relativně vysoké hodnoty posuvu.

Nevýhodou titanu je jeho špatná odolnost proti opotřebení, kterou ale lze podstatně zvýšit povlakováním. Jako nejčastější povlak se používá nitrid titanu.

Titan a většina jeho slitin je velmi dobře svařitelná. V naprosté většíně případů se titan svařuje neodtavující se elektrodou v ochranné atmosféře argonu (metoda TIG). Pro dosažení kvalitního svaru je potřeba zamezit styku se vzduchem každé části, která má teplotu vyšší než 400°C, jinak hrozí prudký pokles tažnosti svaru vlivem oxidace.

Korozní odolnost je velmi dobrá díky spontánně vznikající ochranné vrstvě tvořené oxidem titaničitým. Tloušťka oxidické vrstvy závisí také na teplotě a způsobuje charakteristické zbarvení povrchu titanových součátí, pracujících za vyšších teplot.

Kromě slitin určených pro konstrukční účely existují také speciální slitiny titanu, které mají jedinečné mechanické a elektrické vlastnosti, například superplasticitu, supravodivost nebo tvarovou paměť. Nejznámější slitina s tvarovou pamětí nese komerční název NITINOL.

Grade 1 - 4

Titan grade 1 má ze všech jakostí nejnižší pevnost, ale nejvyšší tažnost. Čím vyšší jakost, tím je titan pevnější na úkor tažnosti až do grade 4. Titan grade 1 a 2 se používá se především pro tvářené díly jako jsou trubky, součásti výfukových systémů, profilované plechy trupů letadel a součásti výměníků. Grade 3 a 4 nejsou běžně používané, protože jejich pevnost je podstatně nižší než u slitiny grade 5 a tažnost je podobná. Komerčně čistý titan nelze zušlechťovat – jedinou používanou tepelnou úpravou je žíhání ke snížení pnutí a rekrystalizační žíhání k obnovení tvárnosti materiálu.

Grade 5

Slitina Ti-6Al-4V označovaná jako titan grade 5 je nejpoužívanější titanovou slitinou díky vysoké pevnosti, velmi dobré svařitelnosti, vysoké korozní odolnosti a možnosti zušlechtění. Uplatnění nachází na místech kde je potřeba vysoká pevnost a nízká hmotnost – vysoce namáhané součásti motorů, letadel a plavidel. Díky vysoké biokompatibilitě se používá také v medicíně pro výrobu kloubních náhrad.
Titanovou slitinu grade 5 lze zušlechtit na pevnost až 1200 MPa pomocí rozpouštěcího žíhání, kalení do vody a následného vystárnutí.

Grade 7 a 11

Slitina grade 7 resp. 11 mají velmi podobné mechanické vlastnosti jako grade 2 resp. 1. Liší se od nich pouze přídavkem 0,2% palladia, které zajišťuje extrémní korozní odolnost. Tyto slitiny se používají ve vysoce korozních prostředích.

Nitinol

Nitinol je komerční název slitiny titanu s niklem. Disponuje unikátními vlastnostmi jako je tvarová paměť, superelasticita a supravodivost. Jeho tvarová paměť se využívá v obroučkách brýlí, speciálních termostatech, lékařství, výztužích podprsenek, ale i při „magických“ vystoupeních. Superelasticita nachází uplatnění i ve speciálních pružinách.