Titan là nhóm vật liệu kim loại có sự kết hợp khá đặc biệt giữa khối lượng riêng thấp, độ bền riêng cao và khả năng chống ăn mòn tốt. Vì vậy, Titan được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ hóa chất, hàng hải, năng lượng đến hàng không vũ trụ và y tế.

Tuy nhiên, khi khách hàng tìm kiếm “Titan các loại”, đây không phải là một mác vật liệu cụ thể. Titan được chia thành nhiều nhóm khác nhau dựa trên thành phần hóa học, trạng thái hợp kim và mục đích sử dụng.

Trong thực tế cung cấp vật liệu, việc xác định đúng Grade, tiêu chuẩn, dạng sản phẩm và trạng thái vật liệu là bước quan trọng trước khi báo giá hoặc lựa chọn Titan thay thế cho vật liệu khác.

Titan là gì?

Titan là nguyên tố kim loại có ký hiệu hóa học Ti, số nguyên tử 22.

Titan thương mại và hợp kim Titan được sử dụng rộng rãi nhờ một số đặc tính nổi bật:

• Khối lượng riêng thấp
• Độ bền riêng cao
• Khả năng chống ăn mòn tốt
• Khả năng chống ăn mòn trong môi trường nước biển
• Không phải kim loại sắt từ
• Khả năng duy trì cơ tính tốt trong một số điều kiện nhiệt độ
• Tương thích sinh học tốt đối với một số ứng dụng y tế

Khối lượng riêng của Titan nguyên chất khoảng 4,51 g/cm³, thấp hơn đáng kể so với thép thông thường.

Điểm đáng chú ý là Titan không đơn giản chỉ có một loại. Trong thương mại, có thể chia thành Titan thương phẩm tinh khiết (Commercially Pure Titanium – CP Ti) và hợp kim Titan.

Các loại Titan phổ biến

Có thể chia hệ thống Titan thành các nhóm chính:

Trong đó, Grade 1, 2, 3, 4 thường được gọi là Titan thương phẩm tinh khiết.

Còn Grade 5, Grade 9, Grade 12… thuộc nhóm hợp kim Titan.

Titan Grade 1

Titan Grade 1 là một trong các cấp Titan thương phẩm tinh khiết có độ dẻo cao.

Vật liệu này thường được lựa chọn khi yêu cầu quan trọng là:

• Khả năng tạo hình
• Độ dẻo
• Khả năng chống ăn mòn
• Khả năng gia công tạo hình

Grade 1 có độ bền thấp hơn các cấp CP Ti cao hơn và hợp kim Titan.

Các ứng dụng có thể gặp trong:

• Thiết bị hóa chất
• Thiết bị trao đổi nhiệt
• Thiết bị xử lý môi trường ăn mòn
• Một số kết cấu cần tạo hình sâu

Titan Grade 2

Titan Grade 2 là một trong những mác Titan thương phẩm tinh khiết được sử dụng rộng rãi.

So với Grade 1, Grade 2 có cơ tính cao hơn trong khi vẫn duy trì khả năng chống ăn mòn tốt.

Các tên gọi thường gặp:

• Titanium Grade 2
• ASTM Grade 2
• UNS R50400
• CP Titanium Grade 2

Grade 2 thường được quan tâm trong:

• Công nghiệp hóa chất
• Thiết bị xử lý nước
• Trao đổi nhiệt
• Thiết bị hàng hải
• Thiết bị chống ăn mòn
• Một số ứng dụng công nghiệp

Đây cũng là một mác phù hợp để xây dựng bài chuyên sâu riêng trong cụm SEO Titan.

Titan Grade 3

Grade 3 vẫn thuộc nhóm Commercially Pure Titanium, nhưng có cơ tính cao hơn Grade 1 và Grade 2.

Vật liệu được sử dụng khi cần kết hợp giữa:

• Chống ăn mòn
• Độ bền cao hơn CP Ti cấp thấp
• Khả năng gia công
• Khả năng tạo hình ở mức phù hợp

Grade 3 ít phổ biến hơn Grade 2 trong nhiều nhu cầu thương mại thông thường nhưng có thể phù hợp với những thiết kế cần cơ tính cao hơn.

Titan Grade 4

Titan Grade 4 là cấp có độ bền cao nhất trong nhóm Commercially Pure Titanium.

Grade 4 vẫn duy trì khả năng chống ăn mòn tốt nhưng được lựa chọn khi yêu cầu cơ tính cao hơn Grade 1, 2 và 3.

Ứng dụng có thể liên quan đến:

• Thiết bị công nghiệp
• Hóa chất
• Hàng hải
• Kết cấu chịu tải
• Thiết bị cần chống ăn mòn

Khi lựa chọn Grade 4, cần kiểm tra đúng tiêu chuẩn sản phẩm và trạng thái cung cấp vì cơ tính không chỉ phụ thuộc vào tên Grade.

Titan Grade 5

Titan Grade 5 là một trong những hợp kim Titan nổi tiếng nhất.

Thành phần danh nghĩa thường được biết đến là:

Ti-6Al-4V

tức Titan được hợp kim hóa chủ yếu với khoảng 6% Aluminium và 4% Vanadium.

Tên gọi phổ biến:

• Titanium Grade 5
• Ti-6Al-4V
• UNS R56400
• ASTM Grade 5

Grade 5 có độ bền cao hơn đáng kể so với Titan thương phẩm tinh khiết.

Vật liệu được sử dụng trong:

• Hàng không
• Thiết bị công nghiệp
• Y tế
• Cơ khí chính xác
• Hàng hải
• Các chi tiết yêu cầu tỷ lệ bền/khối lượng cao

Đây là một trong những mác Titan quan trọng nhất nếu xây dựng cụm nội dung chuyên sâu về Titan hợp kim.

Titan Grade 7

Titan Grade 7 là Titan được bổ sung Palladium (Pd) với hàm lượng nhỏ.

Mục đích chính của việc bổ sung Palladium là cải thiện khả năng chống ăn mòn trong một số môi trường hóa chất.

Grade 7 thường được quan tâm trong:

• Công nghiệp hóa chất
• Thiết bị xử lý hóa chất
• Thiết bị chống ăn mòn
• Môi trường có tính khử hoặc ăn mòn mạnh phù hợp với thiết kế vật liệu

Grade 7 không nên được xem đơn giản là “Grade 2 tốt hơn”. Việc lựa chọn phụ thuộc vào môi trường làm việc cụ thể.

Titan Grade 9

Titan Grade 9 thường được biết đến với thành phần:

Ti-3Al-2.5V

Đây là hợp kim Titan α+β có độ bền cao hơn CP Titanium và khả năng tạo hình tốt hơn một số hợp kim Titan có độ bền rất cao.

Grade 9 thường được sử dụng cho:

• Ống Titan
• Thiết bị hàng không
• Thiết bị công nghiệp
• Kết cấu nhẹ
• Hệ thống cần tỷ lệ bền/khối lượng tốt

Grade 9 đặc biệt đáng chú ý khi nghiên cứu nhóm Titanium Tube.

Titan Grade 12

Titan Grade 12 là hợp kim Titan chứa Nickel và Molybdenum.

Grade 12 được phát triển để cải thiện khả năng chống ăn mòn trong một số môi trường công nghiệp đồng thời duy trì cơ tính phù hợp.

Ứng dụng thường liên quan đến:

• Công nghiệp hóa chất
• Thiết bị trao đổi nhiệt
• Thiết bị xử lý môi trường ăn mòn
• Đường ống
• Thiết bị công nghiệp

So sánh Titan Grade 1, 2, 3 và 4

Không nên hiểu bảng trên theo nghĩa Grade 4 luôn phù hợp hơn Grade 1.

Nếu thiết kế yêu cầu tạo hình sâu, Grade 1 có thể có lợi thế.

Nếu yêu cầu cân bằng giữa chống ăn mòn và cơ tính, Grade 2 thường được xem xét.

Nếu cần cơ tính cao hơn trong nhóm CP Ti, Grade 3 hoặc Grade 4 có thể được cân nhắc.

So sánh Titan thương phẩm và hợp kim Titan

Thành phần hóa học của Titan

Titan thương phẩm thường được kiểm soát các nguyên tố như:

• Ti
• O
• N
• C
• H
• Fe

Đặc biệt, Oxygen có ảnh hưởng đáng kể đến cơ tính của CP Titanium.

Đây là lý do không nên mô tả đơn giản rằng Grade 1, Grade 2, Grade 3 và Grade 4 chỉ khác nhau ở một con số Grade. Thành phần hóa học và giới hạn tạp chất theo tiêu chuẩn đóng vai trò quan trọng.

Đối với hợp kim Titan, các nguyên tố hợp kim như:

• Al
• V
• Pd
• Mo
• Ni

được bổ sung để tạo ra những đặc tính khác nhau.

Tính chất của Titan

Khối lượng riêng thấp

Titan có khối lượng riêng khoảng 4,51 g/cm³.

Đây là một trong những ưu điểm quan trọng khiến Titan được sử dụng trong những ứng dụng yêu cầu giảm khối lượng.

Độ bền riêng cao

Titan có tỷ lệ giữa độ bền và khối lượng tốt.

Đặc tính này đặc biệt có giá trị trong:

• Hàng không
• Hàng hải
• Thiết bị di động
• Kết cấu nhẹ
• Các chi tiết kỹ thuật yêu cầu giảm trọng lượng

Khả năng chống ăn mòn

Titan hình thành lớp oxide bảo vệ trên bề mặt.

Lớp màng này góp phần tạo ra khả năng chống ăn mòn cao trong nhiều môi trường.

Tuy nhiên, không nên hiểu Titan là vật liệu chống ăn mòn tuyệt đối. Môi trường hóa chất, nhiệt độ, nồng độ và điều kiện dòng chảy vẫn phải được xem xét khi lựa chọn vật liệu.

Tính từ

Titan không phải là vật liệu sắt từ mạnh.

Do đó, Titan có thể phù hợp với một số ứng dụng cần hạn chế ảnh hưởng của từ tính.

Khả năng gia công

Titan có thể gia công bằng:

• Tiện
• Phay
• Khoan
• Cắt
• Mài

Tuy nhiên, Titan có đặc tính dẫn nhiệt tương đối thấp và có xu hướng gây tập trung nhiệt tại vùng cắt.

Do đó, gia công Titan thường cần lựa chọn:

• Dao phù hợp
• Tốc độ cắt
• Lượng chạy dao
• Chiều sâu cắt
• Dung dịch làm mát

Nếu điều kiện gia công không phù hợp, tuổi thọ dụng cụ có thể giảm nhanh.

Các dạng sản phẩm Titan

Titan có thể được cung cấp dưới nhiều dạng.

Tấm Titan

Titan plate/sheet được sử dụng trong:

• Thiết bị hóa chất
• Trao đổi nhiệt
• Hàng hải
• Hàng không
• Cơ khí

Các Grade phổ biến tùy ứng dụng gồm Grade 1, Grade 2, Grade 5 và một số mác chuyên dụng.

Cuộn Titan

Titan strip/coil được sử dụng cho những sản phẩm cần vật liệu dạng cuộn hoặc gia công liên tục.

Khi đặt hàng cần xác định:

• Grade
• Chiều dày
• Khổ rộng
• Bề mặt
• Trọng lượng cuộn
• Tiêu chuẩn

Láp Titan

Láp Titan là thanh tròn đặc.

Có thể sử dụng để gia công:

• Trục
• Chốt
• Chi tiết máy
• Chi tiết y tế
• Chi tiết hàng không

Grade 2 và Grade 5 là những mác có thể gặp trong nhóm sản phẩm này.

Ống Titan

Ống Titan là một nhóm sản phẩm quan trọng trong công nghiệp.

Có thể phân thành:

• Ống hàn
• Ống đúc
• Ống trao đổi nhiệt
• Ống công nghiệp

Đặc biệt Grade 9 được quan tâm trong một số ứng dụng ống yêu cầu tỷ lệ bền/khối lượng tốt.

Dây Titan

Titan wire được sử dụng trong:

• Y tế
• Công nghiệp
• Hàn
• Lưới
• Chi tiết kỹ thuật

Lá Titan

Titan foil có chiều dày nhỏ và được sử dụng cho các ứng dụng đặc thù.

Khi mua cần xác định rất rõ:

Grade + thickness + width + tolerance + surface + standard.

Ứng dụng của Titan

Công nghiệp hóa chất

Titan được sử dụng trong:

• Bồn chứa
• Trao đổi nhiệt
• Đường ống
• Thiết bị xử lý hóa chất
• Thiết bị chống ăn mòn

Hàng hải

Khả năng chống ăn mòn tốt giúp Titan được sử dụng trong một số môi trường biển.

Ứng dụng có thể gồm:

• Thiết bị trao đổi nhiệt
• Thiết bị nước biển
• Chi tiết hàng hải
• Hệ thống xử lý nước

Hàng không

Các hợp kim Titan có tỷ lệ bền/khối lượng cao được sử dụng trong nhiều ứng dụng hàng không.

Trong nhóm này, Grade 5 Ti-6Al-4V là một mác đặc biệt quan trọng.

Không nên đồng nhất toàn bộ Titan Grade 1–4 với vật liệu hàng không; việc lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế và tiêu chuẩn ứng dụng.

Y tế

Titan và một số hợp kim Titan được sử dụng trong:

• Implant
• Dụng cụ phẫu thuật
• Thiết bị y tế
• Các chi tiết cần tương thích sinh học

Đối với ứng dụng y tế, tiêu chuẩn vật liệu và yêu cầu sản xuất phải được xác định rất cụ thể.

Tiêu chuẩn Titan phổ biến

Khi mua Titan, có thể gặp các hệ tiêu chuẩn:

• ASTM
• ASME
• UNS
• AMS
• ISO
• EN
• JIS

Một số mã UNS thường gặp:

Khi đặt hàng, nên ghi Grade + tiêu chuẩn sản phẩm thay vì chỉ ghi “Titan Grade 2” hoặc “Titan Grade 5”.

Titan Grade 2 và Grade 5 khác nhau thế nào?

Đây là một trong những cặp vật liệu có nhu cầu tìm hiểu khá rõ.

Vì vậy, không nên chọn Grade 5 chỉ vì có độ bền cao hơn. Nếu thiết bị ưu tiên chống ăn mòn và khả năng tạo hình, Grade 2 có thể phù hợp hơn tùy thiết kế.

Giá Titan phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Titan thường có giá cao hơn nhiều loại thép carbon thông dụng.

Giá thực tế phụ thuộc vào:

• Grade
• Tiêu chuẩn
• Dạng sản phẩm
• Kích thước
• Độ dày
• Đường kính
• Dung sai
• Trạng thái vật liệu
• Bề mặt
• Xuất xứ
• Chứng chỉ
• Số lượng
• Gia công
• Chi phí vận chuyển

Đặc biệt, không nên sử dụng một mức giá chung cho “Titan”.

Giá của Grade 2, Grade 5, Grade 7, Grade 9 và Grade 12 có thể khác nhau đáng kể.

Kinh nghiệm chọn mua Titan

Qua thực tế tư vấn vật liệu, Titan là nhóm sản phẩm mà khách hàng nên cung cấp thông tin kỹ thuật ngay từ đầu.

Một yêu cầu báo giá tốt nên bao gồm:

Titan Grade + tiêu chuẩn + dạng sản phẩm + kích thước + chiều dài + số lượng + yêu cầu MTC.

Ví dụ:

Titanium Grade 2 – ASTM B348 – Round Bar Ø30 × 3000 mm – MTC.

Hoặc:

Titanium Grade 5 – ASTM B265 – Plate 10 × 1000 × 2000 mm – yêu cầu chứng chỉ vật liệu.

Thông tin như vậy giúp hạn chế tình trạng báo giá nhầm vật liệu hoặc lấy một mác Titan khác để thay thế mà chưa được khách hàng xác nhận.

Kiểm tra Titan bằng MTC và PMI

Đối với Titan có giá trị cao hoặc dùng trong thiết bị quan trọng, nên yêu cầu Mill Test Certificate – MTC.

MTC có thể cung cấp thông tin về:

• Heat number
• Thành phần hóa học
• Cơ tính
• Tiêu chuẩn
• Kích thước
• Trạng thái vật liệu

Trong trường hợp cần xác nhận nhanh thành phần hợp kim, có thể sử dụng phương pháp PMI/XRF phù hợp với yêu cầu kiểm tra.

Tuy nhiên, XRF có những giới hạn nhất định đối với một số nguyên tố nhẹ, nên việc xác nhận phải dựa trên phương pháp kiểm tra phù hợp với tiêu chuẩn cần chứng minh.