מאפיינים ומאפיינים של חומרי טיטניום וסגסוגת טיטניום

לטיטניום וסגסוגות טיטניום תכונות מצוינות רבות, המתבטאות בעיקר בהיבטים הבאים:
1. חוזק גבוה. לסגסוגת טיטניום חוזק גבוה, חוזק המתיחה שלה הוא 686-1176MPa, והצפיפות שלה היא רק כ-60% מהפלדה, כך שהחוזק הספציפי שלה גבוה מאוד.
2. קשיות גבוהה. הקשיות HRC של סגסוגת טיטניום (מצב חישול) היא 32-38.
3. מודול אלסטי נמוך. מודול האלסטי של סגסוגת טיטניום (מצב חישול) הוא 1.078×10-1.176×10MPa, שהוא כמחצית מזה של פלדה ופלדת אל חלד.
4. ביצועים מצוינים בטמפרטורה גבוהה ונמוכה. בטמפרטורות גבוהות, סגסוגות טיטניום עדיין יכולות לשמור על תכונות מכניות טובות, עמידותן בחום גבוהה בהרבה מזו של סגסוגות אלומיניום, וטווח טמפרטורות השימוש בהן רחב. נכון לעכשיו, טמפרטורת העבודה של סגסוגות טיטניום חדשות עמידות חום יכולה להגיע ל-550-600 מעלות; בטמפרטורות נמוכות, החוזק של סגסוגות טיטניום משתפר בהשוואה לטמפרטורות רגילות, ויש להן קשיחות טובה. סגסוגות טיטניום בטמפרטורה נמוכה עדיין יכולות לשמור על קשיחות טובה ב--253 מעלות.

5. לטיטניום עמידות חזקה בפני קורוזיה. באוויר מתחת ל-550 מעלות, סרט תחמוצת דק וצפוף ייווצר במהירות על פני הטיטניום. לכן, עמידות הקורוזיה שלו במדיות מחמצנות כמו אטמוספרה, מי ים, חומצה חנקתית וחומצה גופרתית, אלקלי חזק טוב יותר מזו של רוב הפלדות אל חלד.
לסגסוגות טיטניום יש חוזק וקשיות גבוהים, ולכן נדרש ציוד עיבוד להיות חזק, ותבניות וכלי חיתוך צריכים להיות בעלי חוזק וקשיות גבוהים. במהלך החיתוך, שטח המגע בין השבב לפנים המגרפה קטן, והלחץ על קצה הכלי גדול. בהשוואה לפלדה 45, למרות שכוח החיתוך של סגסוגת טיטניום הוא רק 2/3-3/4, אזור המגע בין השבב לפנים המגפה קטן יותר (רק 1/2-2/3 מתוך 45 פלדה ), כך שחיתוך הכלי הלחץ על הלהב גדול, וקצה הכלי או קצה החיתוך קל ללבישה; לסגסוגת טיטניום יש מקדם חיכוך גדול ומוליכות תרמית נמוכה (רק 1/4 ו-1/16 של ברזל ואלומיניום בהתאמה); המגע בין הכלי לשבב נובע בשל אורך קצר, חום החיתוך יצטבר באזור קטן קרוב לקצה החיתוך ולא יתפזר בקלות. גורמים אלו הופכים את טמפרטורת החיתוך של סגסוגת טיטניום לגבוהה מאוד, מה שגורם לבלאי מואץ של הכלים ומשפיע על איכות העיבוד. בשל מודול האלסטי הנמוך של סגסוגת טיטניום, חומר העבודה מתאושש מאוד במהלך החיתוך, מה שעלול בקלות לגרום לבלאי מוגבר של צד הכלים ולעיוות של חומר העבודה. סגסוגות טיטניום פעילות כימית מאוד בטמפרטורות גבוהות ומגיבות בקלות עם זיהומים גזים כמו מימן וחמצן באוויר. התגובה הכימית יוצרת שכבה מוקשה, המחמירה עוד יותר את הבלאי של הכלי; בחיתוך סגסוגת טיטניום, חומר העבודה נקשר בקלות למשטח הכלי, ובשילוב עם טמפרטורת החיתוך הגבוהה, הכלי נוטה לבלאי דיפוזיה ובלאי דבק.
סגסוגות טיטניום בעלות תכונות כימיות אקטיביות והן תואמות בקלות לחומרי שוחקים ולהיצמדות אליהם בטמפרטורות גבוהות, חוסמות את גלגל השחזה, וכתוצאה מכך בלאי מוגבר של גלגל השחזה, ביצועי שחיקה מופחתים וקושי להבטיח דיוק השחזה. הבלאי של גלגל השחזה גם מגדיל את שטח המגע בין גלגל השחזה לחומר העבודה, גורם להתדרדרות תנאי פיזור החום ולעלייה חדה של הטמפרטורה באזור השחזה, ויוצר לחץ תרמי גדול על משטח השחזה, הגורם לכוויות מקומיות. על חומר העבודה וגורם לסדקים שחיקה. לסגסוגת טיטניום חוזק וקשיחות גבוהים, מה שמקשה על הפרדת שבבי הטחינה במהלך הטחינה, מגביר את כוח הטחינה ומגדיל את צריכת כוח הטחינה בהתאם. לסגסוגת טיטניום מוליכות תרמית נמוכה וחום סגולי קטן. הולכת החום איטית במהלך הטחינה, מה שגורם להצטברות חום באזור קשת הטחינה, מה שגורם לטמפרטורה של אזור הטחינה לעלות בחדות. ‏

בעת הוצאת טיטניום וסגסוגות טיטניום, נדרשות טמפרטורת שחול גבוהה ומהירות שחול מהירה כדי למנוע מהטמפרטורה לרדת מהר מדי. יחד עם זאת, יש לקצר ככל האפשר את זמן המגע בין הריק בטמפרטורה גבוהה לתבנית. לכן, על תבנית האקסטרוזיה להשתמש בחומרי תבנית חדשים עמידים בחום, ומהירות העברת הריק מתנור החימום לחבית האקסטרוזיה צריכה להיות גם מהירה. מכיוון שמתכת מזוהמת בקלות בגז במהלך החימום והשחול, יש לנקוט גם באמצעי הגנה מתאימים. יש לבחור חומרי סיכה מתאימים במהלך האקסטרוזיה כדי למנוע הידבקות לתבנית, כגון שחול מעיל ושיחול משומנת זכוכית. בשל ההשפעה התרמית הגדולה של עיוות טיטניום וסגסוגת טיטניום ומוליכות תרמית ירודה, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת למניעת התחממות יתר במהלך שחול ועיוות. תהליך האקסטרוזיה של סגסוגת טיטניום מסובך יותר מזה של סגסוגת אלומיניום, סגסוגת נחושת ואפילו פלדה. זה נקבע על ידי התכונות הפיזיקליות והכימיות המיוחדות של סגסוגת טיטניום. במהלך שחול הפוך קונבנציונאלי של סגסוגת טיטניום, טמפרטורת המות נמוכה, טמפרטורת פני השטח של המיכל במגע עם המות יורדת במהירות, בעוד הטמפרטורה בתוך הבילט עולה עקב חום דפורמציה. בשל המוליכות התרמית הנמוכה של סגסוגת טיטניום, לאחר ירידת טמפרטורת פני השטח, לא ניתן להעביר את החום של הבילט הפנימי אל פני השטח בזמן כדי לחדש אותו, ותופיע שכבה מוקשה על פני השטח, מה שמקשה על המשך דפורמציה. במקביל, יופיע שיפוע טמפרטורה גדול בין שכבת פני השטח לשכבה הפנימית. גם אם זה יכול להיווצר, קל לגרום לעיוות ולמבנה לא אחיד.
סגסוגות טיטניום רגישות מאוד לפרמטרים של תהליך חישול. שינויים בטמפרטורת החישול, כמות העיוות, כמות העיוות וקצב הקירור יגרמו לשינויים במבנה ובמאפיינים של סגסוגות טיטניום. על מנת לשלוט טוב יותר בתכונות המבניות של פרזול, בשנים האחרונות נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיות פרזול מתקדמות כגון פרזול חם ופרזול איזותרמי בייצור פרזול של סגסוגות טיטניום.

הפלסטיות של סגסוגות טיטניום עולה עם הטמפרטורה. בטווח הטמפרטורות של 1000-1200 מעלות, הפלסטיות מגיעה לערך המקסימלי, ודרגת העיוות המותרת מגיעה ל-70%-80%. טווח טמפרטורת החישול של סגסוגות טיטניום הוא צר ויש לשלוט בו בקפדנות בהתאם לטמפרטורת ( )/טרנספורמציה (למעט פתחי מטיל), אחרת הגרגרים יגדלו בעוצמה ויפחיתו את הפלסטיות בטמפרטורת החדר; סגסוגות טיטניום נמצאות בדרך כלל בין ( ) פרזול מבוצע באזור הפאזה מכיוון שטמפרטורת הזיוף מעל ( )/ קו הטרנספורמציה גבוהה מדי, מה שיוביל ליצירת שלב שביר. גם החישול הראשוני וגם החישול הסופי של סגסוגת טיטניום חייבים להיות גבוהים יותר מטמפרטורת ( )/התמרה. התנגדות העיוות של סגסוגת טיטניום גדלה במהירות עם עליית מהירות העיוות, בין השאר לטמפרטורת החישול יש השפעה רבה יותר על עמידות העיוות של סגסוגת טיטניום. לכן, פרזול קונבנציונלי חייב להיעשות בתבנית החישול עם קירור מינימלי. לתוכן של יסודות ביניים (כגון O, N, C) יש גם השפעה משמעותית על הזיוף של סגסוגות טיטניום.