目前有多种钛标准体系可用于定义钛合金、其代号、化学成分和力学性能。了解这些钛标准对于根据具体应用选择、比较和确认合适的材料至关重要。
与其他金属一样,最重要的钛标准包括美国的ASTM和SAE(特别是航空航天领域的AMS规范)、欧洲的Euronorm、德国的DIN、日本的JIS、国际的ISO,以及中国的GB和俄罗斯的GOST标准体系。
钛能够通过调整热机械处理工艺,实现微观结构的显著变化。因此,仅凭相对较少的钛牌号,就能满足广泛的性能和应用需求。实际上,目前已有约50种主要钛牌号被命名并投入使用,但市场上实际可轻易买到的仅有几十种。
美国ASTM钛标准认可约40种主要钛牌号,其中1至4号牌号为商业纯钛(非合金钛)。 ASTM涵盖的牌号以及其他合金,也按照航空航天和军事规范(SAE-AMS和MIL-T)以及ISO钛标准、欧洲标准(Euronorm)、GOST和日本JIS钛标准进行生产。尽管这些标准在许多方面存在重叠,但它们不能互换使用。 为了实现钛标准的全球化,日本钛协会已提出统一的规格体系。
钛标准面临的主要挑战并非标准制定组织(SDO)制定的标准不足,而是航空航天公司制定的详细、各自为政的规范数量庞大,这些规范往往会限制生产批次。每家航空航天公司都制定了自己的规范,其中包括规定的加工流程,因此一家公司允许的加工流程,另一家公司可能并不允许。
这种情况导致了小批量生产。过剩的材料可以储存,但只有同意该规格的公司才能使用。此外,此类材料对于一般工业用途而言往往“过剩”,因为它们已经通过了航空航天行业极其详细的质量保证要求。 出于同样的原因,最终成为废料的材料比例较高,必须进行仔细分拣,以保持航空航天企业所要求的详细溯源记录。
本文介绍了规范钛合金命名和等级范围的全球标准。钛系列中的其他指南则阐述了这些标准的具体定义。《钛规范》详细解释了各项规范体系,这是一个与本文密切相关且值得一并阅读的主题。 《钛牌号》将商业纯钛及其合金划分为不同的系列,而《钛的性能》则介绍了区分不同牌号的关键特性,包括强度、低密度和耐腐蚀性。这些内容共同将标准框架与其所支撑的规范、牌号及性能联系起来。
尽管全球范围内已指定并使用了大约50种主要的钛钢级,但在商业市场上能轻易买到的仅有约二十余种。仅ASTM就认可了约40种主要钢级。
由于每家航空航天公司都按照各自的规格和经批准的加工流程进行生产,因此材料通常以小批量、专用批次的形式生产。一家公司认可的加工流程可能被另一家公司拒绝,这限制了特定批次材料的使用范围。
过剩的产品可以储存,但只有接受其生产规格的公司才能使用。由于这些产品已经通过了航空航天行业的严格质量保证,因此对于一般工业用途而言,它们往往“资质过高”,成本也因此高于必要水平。
在航空航天生产过程中,有相当大比例的钛材料最终成为废料。必须对这些废料进行仔细分拣和追踪,以确保保留航空航天企业所要求的详细材料溯源信息。
根据ASTM钛标准,1至4级均为商业纯钛(非合金钛)。它们在强度和纯度方面各不相同,选择时主要考虑其耐腐蚀性。