Theo tờ dữ liệu Carpenter Technology, titan nguyên chất thương phẩm và Ti-6Al-4V khác nhau ở số pha: titan nguyên chất ở nhiệt độ làm việc chỉ gồm pha alpha, cơ tính do tạp chất và cỡ hạt quyết định; Ti-6Al-4V là hợp kim alpha cộng beta, nhiệt luyện được để tăng bền ở mức vừa.
Kết luận trên đúng khi so vật liệu biến dạng dẻo theo hai tờ dữ liệu của cùng một hãng, [1] cho titan nguyên chất hạng 2 và [2] cho Ti-6Al-4V. Phần lớn bảng cơ tính của hai tờ [1] và [2] nằm trong ảnh nên bản tải về không đọc được chữ; vì vậy bài có giới hạn chảy nhỏ nhất của hạng 2 nhưng không có độ bền kéo của Ti-6Al-4V ở trạng thái ủ. Số bền mỏi trong bài là của mẫu thiêu kết laser trong một nghiên cứu [4], không phải số nghiệm thu cho phôi cán. Trang [3] tự ghi chỉ mang tính hướng dẫn chung, không dùng thay tài liệu kỹ thuật.
Bảng đối chiếu titan nguyên chất và Ti-6Al-4V
| Tiêu chí | Titan nguyên chất thương phẩm [1] | Ti-6Al-4V [2] |
|---|---|---|
| Tổ chức pha ở nhiệt độ làm việc | Không hợp kim hoá; gồm pha alpha lục giác xếp chặt [1] | Hợp kim alpha cộng beta, nhờ nguyên tố hợp kim ổn định pha beta cùng tồn tại với alpha ở nhiệt độ phòng [2] |
| Thành phần nguồn ghi | Cacbon tối đa 0,08 %, ôxy tối đa 0,250 %, còn lại là titan [1] | Nhôm 5,50 đến 6,75 %, vanadi 3,50 đến 4,50 % [2] |
| Điều khiển cơ tính bằng gì | Hoá học, tức sắt và tạp chất xen kẽ, cộng với cỡ hạt [1] | Nhiệt luyện: [2] ghi hợp kim alpha cộng beta nhiệt luyện được để tăng bền ở mức vừa |
| Nhiệt luyện dùng cho vật liệu | Ủ và khử ứng suất [1] | Ủ tại nhà máy, hoặc tôi dung dịch rồi hoá già; tôi nhanh sau xử lý dung dịch để tạo pha alpha phẩy [2] |
| Phân hạng | Hạng 1 đến 4 theo giới hạn chảy và mức cho phép của sắt, cacbon, nitơ, ôxy [1]; hạng 2 có giới hạn chảy nhỏ nhất 275 MPa [1] | [3] ghi nhiệt luyện được cho độ bền trung bình-cao ở tiết diện dưới 100 mm |
| Nhiệt độ làm việc nguồn nêu | Trong nước biển, chống ăn mòn hoàn toàn tới 315 °C [1] | Khuyến nghị dùng tới khoảng 350 °C [2] |
| Giới hạn tiết diện khi nhiệt luyện | Nguồn không nêu, vì vật liệu không tăng bền bằng nhiệt luyện | [3] ghi độ thấm tôi có hạn, tiết diện trên 25 mm có thể không đạt hết cơ tính mong muốn |
| Tạo hình nguội | Dẻo tốt, tạo hình nguội được bằng uốn, kéo giãn, chồn, dập, kéo [1] | [2] kéo nguội và ép đùn được nhưng khả năng gia công nguội có hạn; [3] ghi mức tạo hình nguội bị hạn chế |
| Hoá bền biến dạng | [1] ghi hoá bền biến dạng khá nhanh, là hạn chế ở nguyên công như kéo nguội | Nguồn không nêu số |
| Tạo hình ấm và nóng | Tạo hình nặng ở 480–540 °C, tạo hình nhẹ ở 200–315 °C [1] | Gia công nóng ở khoảng 870–980 °C [2]; nung tới 427 °C làm giới hạn chảy giảm khoảng 40 % [2] |
| Tính hàn | Hàn bằng que bù cùng loại titan nguyên chất; hàn hồ quang vonfram khí trơ là quy trình phổ biến nhất [1] | Hàn bằng que bù Ti-6Al-4V [2]; [3] ghi tính hàn tốt với dây bù cùng mác hoặc mác ELI |
| Tính gia công cắt gọt | [1] ghi đặc tính gia công giống thép không gỉ austenit | [2] ghi 22 % so với thép AISI B1112 theo hệ đánh giá lấy thép đó làm chuẩn |
| Chịu mòn | [1] ghi có xu hướng dính xước, không khuyến nghị cho ứng dụng chịu mòn | [2] ghi cùng kết luận cho Ti-6Al-4V và các hợp kim titan nói chung |
| Ăn mòn trong dung dịch mô phỏng cơ thể | [5] ghi trong dung dịch đệm phosphat pH 7,4 ở 37 °C, titan nguyên chất ổn định ăn mòn hơn | [5] cùng thí nghiệm; màng ôxit hai lớp là cơ chế chung của cả hai |
| Nứt do ăn mòn ứng suất | [1] ghi chống hoàn toàn trong dung dịch nước và phần lớn miễn nhiễm nói chung | [2] ghi nứt do ăn mòn ứng suất và ăn mòn kẽ hở đã được ghi nhận trong môi trường chứa clorua hoặc halogenua khác |
Các nguồn [1]–[5] ghi ở khối "Nguồn và giới hạn", tra ngày 12/09/2026. Trị số trong bảng là của tài liệu được dẫn cho đúng hạng vật liệu và điều kiện thí nghiệm mà tài liệu đó nói tới.
Vì sao thêm nhôm và vanadi lại đổi cả cách nhiệt luyện
[1] và [2] cùng mở đầu bằng một câu giống nhau: titan nguyên chất chuyển biến thù hình từ pha alpha lục giác xếp chặt sang pha beta lập phương tâm khối ở 882,5 °C. Chỗ rẽ nằm ngay sau đó.
Với titan không hợp kim hoá, [1] ghi ở nhiệt độ làm việc vật liệu gồm pha alpha lục giác xếp chặt. Là vật liệu một pha, cơ tính của nó do hoá học — sắt và các tạp chất xen kẽ — cùng cỡ hạt quyết định. Hệ quả trực tiếp: [1] liệt kê nhiệt luyện dùng cho titan nguyên chất chỉ gồm ủ và khử ứng suất, trong đó ủ làm mềm hoàn toàn và bỏ ứng suất dư, còn khử ứng suất dùng để bỏ bớt ứng suất sau tạo hình hoặc lấy lại giới hạn chảy nén sau khi kéo giãn. Phân hạng vì thế cũng theo hoá học: [1] ghi titan nguyên chất chia hạng 1 đến 4 theo giới hạn chảy và mức cho phép của sắt, cacbon, nitơ và ôxy, trong đó hạng 2 có giới hạn chảy nhỏ nhất 275 MPa.
Với Ti-6Al-4V, [2] nêu cơ chế: nguyên tố hợp kim ổn định được pha alpha hoặc pha beta, và khi thêm đủ nguyên tố ổn định beta thì pha beta cùng tồn tại với alpha ở nhiệt độ phòng — đó chính là cơ sở để tạo ra hợp kim titan tăng bền được bằng nhiệt luyện. Ti-6Al-4V nằm ở nhóm alpha cộng beta, với nhôm 5,50 đến 6,75 % và vanadi 3,50 đến 4,50 % [2]. Nhờ đó [2] ghi sản phẩm biến dạng dẻo của mác này thường dùng ở trạng thái ủ tại nhà máy hoặc trạng thái tôi dung dịch rồi hoá già, và nhấn mạnh việc tôi nhanh sau xử lý dung dịch là quan trọng để tạo nhiều pha alpha phẩy, thứ quyết định mức đáp ứng hoá già.
Cách hiểu của bài: titan nguyên chất được chọn theo hồ sơ hoá học và trạng thái ủ, còn hợp kim alpha cộng beta được chọn theo trạng thái nhiệt luyện ghi trên chứng chỉ. Cơ chế tôi rồi hoá già theo kiểu kết tủa nằm ở bài ram thép và hoá già hợp kim nhôm.
[3] gắn thêm một ranh giới thực dụng cho vế hợp kim: nhiệt luyện được để có độ bền trung bình-cao ở tiết diện dưới 100 mm, nhưng độ thấm tôi có hạn nên tiết diện trên 25 mm có thể không đạt hết cơ tính mong muốn. Trang này tự ghi chỉ mang tính hướng dẫn chung, nên con số ấy đọc như ranh giới cần hỏi lại chứ không phải ngưỡng nghiệm thu.
Bốn chỗ người thiết kế hay hỏi: nhiệt độ, hàn, cắt gọt và mòn
Nhiệt độ. Hai nguồn nêu hai kiểu giới hạn khác nhau, đọc nhầm rất dễ. [2] ghi Ti-6Al-4V được khuyến nghị dùng ở nhiệt độ làm việc tới khoảng 350 °C — đây là giới hạn cơ tính. [1] ghi titan nguyên chất hạng 2 trong nước biển chống ăn mòn hoàn toàn tới 315 °C — đây là giới hạn của một môi trường ăn mòn cụ thể. Hai con số không so trực tiếp với nhau được.
Hàn. [1] ghi titan nguyên chất hàn được bằng que bù cùng loại, và hàn hồ quang vonfram khí trơ là quy trình phổ biến nhất; [2] ghi Ti-6Al-4V hàn bằng que bù cùng mác. Điểm chung nằm ở câu cả hai tờ đều viết: phải che chắn bằng khí trơ để tránh hấp thụ ôxy và giòn hoá vùng hàn. [3] thêm nhận định Ti-6Al-4V có tính hàn tốt với dây bù cùng mác hoặc mác ELI.
Cắt gọt. [1] mô tả đặc tính gia công của titan nguyên chất hạng 2 giống thép không gỉ austenit. [2] cho một con số so sánh: theo hệ đánh giá lấy thép AISI B1112 làm chuẩn, tính gia công của Ti-6Al-4V ở mức 22 % của B1112. Hai tờ đưa cùng một bộ khuyến nghị: tốc độ cắt thấp, bước tiến nặng, nhiều dung dịch trơn nguội, dao sắc và gá cứng vững; không được dừng tiến dao khi dao và phôi còn chuyển động tương đối, vì titan bám dính và trượt nhoè mạnh; dùng dung dịch không chứa clo để loại khả năng nứt do ăn mòn ứng suất vì clorua; và phoi titan rất dễ cháy nên phải có biện pháp an toàn. Việc tưới nguội trong cắt gọt nằm ở bài tưới nguội tràn và bôi trơn tối thiểu.
Mòn. Đây là chỗ hai vật liệu giống nhau, ngược với trực giác nhiều người. [1] ghi titan nguyên chất có xu hướng dính xước và không được khuyến nghị cho ứng dụng chịu mòn; [2] ghi Ti-6Al-4V và hợp kim titan nói chung cũng vậy. Chọn vật liệu cho bạc trượt vì thế không bắt đầu từ hai mác này; các họ nhựa kỹ thuật cho ổ trượt nằm ở bài nhựa POM và nhựa PA cho chi tiết máy.
Bốn mẹo sai hay gặp khi chọn giữa hai mác
Mẹo sai 1: "Titan nào cũng như nhau, chỉ khác thành phần một chút." [1] ghi titan nguyên chất là vật liệu một pha, cơ tính do hoá học và cỡ hạt quyết định, và nhiệt luyện dùng cho nó chỉ gồm ủ với khử ứng suất. [2] ghi Ti-6Al-4V là hợp kim alpha cộng beta, nhiệt luyện được để tăng bền ở mức vừa. Khác nhau ở chỗ có hay không có đòn bẩy nhiệt luyện, chứ không phải vài phần trăm thành phần.
Mẹo sai 2: "Mác bền hơn thì chống ăn mòn cũng tốt hơn." [3] ghi titan hạng 2 tuy không bền bằng Ti-6Al-4V nhưng chống ăn mòn nổi trội trong nhiều môi trường khắc nghiệt, và hay được chọn khi cần chống ăn mòn trong môi trường nước hoặc cần dễ tạo hình. [5] đo trong dung dịch đệm phosphat pH 7,4 ở 37 °C và kết luận so với Ti-6Al-4V thì titan nguyên chất ổn định ăn mòn hơn. Đây là kết quả của một thí nghiệm trong một môi trường, không phải xếp hạng chung.
Mẹo sai 3: "Titan chống ăn mòn tốt nên làm bạc trượt, chốt xoay là hợp." [1] và [2] cùng ghi titan có xu hướng dính xước và không được khuyến nghị cho ứng dụng chịu mòn.
Mẹo sai 4: "Cứ đặt nhiệt luyện là chi tiết dày mấy cũng lên cơ tính." [3] ghi độ thấm tôi của Ti-6Al-4V có hạn và tiết diện trên 25 mm có thể không đạt hết cơ tính mong muốn. Với titan nguyên chất thì câu hỏi không đặt ra theo hướng đó, vì [1] chỉ liệt kê ủ và khử ứng suất.
Bảng quyết định: thấy gì trên bản vẽ hay tại xưởng thì hỏi lại điều gì
| Thấy hoặc đo được | Làm gì | Căn cứ |
|---|---|---|
| Bản vẽ chỉ ghi "titan", không ghi hạng hay mác | Trả lại bản vẽ xin ghi rõ hạng hoặc mác và trạng thái vật liệu | [1] titan nguyên chất chia bốn hạng theo giới hạn chảy và mức tạp chất; [2] Ti-6Al-4V còn có trạng thái ủ hoặc tôi dung dịch rồi hoá già |
| Chi tiết làm bằng Ti-6Al-4V, tiết diện dày hơn 25 mm, bản vẽ đòi cơ tính sau nhiệt luyện | Hỏi lại nơi thiết kế và nơi cấp vật liệu | [3] độ thấm tôi có hạn, tiết diện trên 25 mm có thể không đạt hết cơ tính mong muốn |
| Chi tiết chịu môi trường nước biển nóng, yêu cầu chính là chống ăn mòn | Đưa vế titan nguyên chất lên bàn so sánh, kèm thiết kế tránh khe hẹp | [1] trong nước biển chống ăn mòn hoàn toàn tới 315 °C, nhưng phải tính tới ăn mòn kẽ hở và thiết kế tránh khe chặt |
| Môi trường có halogenua hoặc clorua nóng | Hỏi lại về khe hẹp và về dung dịch tiếp xúc trước khi chốt mác | [1] ăn mòn kẽ hở xảy ra được trong dung dịch halogenua hoặc sunfat nóng, trên 1000 ppm ở 75 °C trở lên; [2] nứt do ăn mòn ứng suất và ăn mòn kẽ hở ghi nhận trong môi trường chứa clorua |
| Chi tiết cần uốn, dập, kéo ở nhiệt độ phòng | Hỏi lại xem có buộc phải là Ti-6Al-4V không | [1] titan nguyên chất dẻo tốt, tạo hình nguội được nhiều kiểu; [3] mức tạo hình nguội của Ti-6Al-4V bị hạn chế |
| Chi tiết uốn xong bị đàn hồi trở lại nhiều hơn dự tính | Tính lại lượng bù uốn, không đổ cho máy | [1] mô đun đàn hồi của titan thấp nên lượng bù đàn hồi đáng kể; hay phải chỉnh nóng sau tạo hình nguội |
| Kéo nguội nhiều bước, thấy phôi cứng dần và khó kéo tiếp | Hỏi lò về bước ủ trung gian; không tăng lực kéo | [1] titan nguyên chất hoá bền biến dạng khá nhanh, là hạn chế ở nguyên công như kéo nguội |
| Chi tiết nhiệt luyện trong không khí, bề mặt có lớp cứng giòn | Bóc hết lớp vảy và lớp alpha case trước nguyên công sau | [1] hấp thụ ôxy khi nung trong không khí tạo lớp alpha giàu ôxy rất cứng và giòn |
| Xưởng dự định dùng dung dịch trơn nguội có clo cho titan | Đổi sang loại không chứa clo trước khi vào ca | [1] và [2] cùng khuyến nghị dùng dung dịch không chứa clo để loại khả năng nứt do ăn mòn ứng suất vì clorua |
| Chi tiết định làm bạc trượt, chốt xoay bằng titan | Hỏi lại nơi thiết kế về cặp vật liệu ma sát | [1] và [2] đều ghi titan dính xước, không khuyến nghị cho ứng dụng chịu mòn |
Nguồn và giới hạn
Tra ngày 12/09/2026. Mỗi câu dẫn đã được đối chiếu nguyên văn trên bản tải trực tiếp từ trang nguồn.
- [1] Carpenter Technology, CP Titanium Grade 2 (tờ dữ liệu vật liệu): https://www.carpentertechnology.com/hubfs/7407324/Material%20Saftey%20Data%20Sheets/Ti%20CP%20Grade%202.pdf — chuyển biến thù hình ở 882,5 °C; cấu tạo một pha alpha; phân hạng và giới hạn chảy nhỏ nhất của hạng 2; nhiệt luyện chỉ gồm ủ và khử ứng suất; lớp alpha case; chống ăn mòn trong nước biển và điều kiện ăn mòn kẽ hở; tạo hình nguội, hoá bền biến dạng, bù đàn hồi; tạo hình ấm và nóng; tính hàn; tính gia công; xu hướng dính xước.
- [2] Carpenter Technology, Titanium Alloy Ti 6Al-4V (tờ dữ liệu vật liệu): https://www.carpentertechnology.com/hubfs/7407324/Material%20Saftey%20Data%20Sheets/Ti%206Al-4V.pdf — cơ sở tạo hợp kim titan nhiệt luyện được; thành phần nhôm và vanadi; nhiệt độ làm việc khuyến nghị; trạng thái ủ và trạng thái tôi dung dịch rồi hoá già; pha alpha phẩy; gia công nóng và tạo hình ấm; tính gia công so với AISI B1112; tính hàn; nứt do ăn mòn ứng suất trong môi trường halogenua; xu hướng dính xước; các trị số nén, cắt và mỏi ở trạng thái ủ.
- [3] NeoNickel, Titanium Grade 5 vs Titanium Grade 2: https://www.neonickel.com/technical-resources/general-technical-resources/titanium-grade-5-vs-titanium-grade-2-comparison-between-the-alpha-beta-alloy-and-the-workhorse-of-commercially-pure-grade — ranh giới tiết diện khi nhiệt luyện Ti-6Al-4V; mức tạo hình nguội; nhận định chọn hạng 2 khi cần chống ăn mòn trong môi trường nước hoặc cần dễ tạo hình. Trang tự ghi chỉ mang tính hướng dẫn chung, không thay tài liệu kỹ thuật.
- [4] Yoshimitsu Okazaki, Microstructures and Mechanical Properties of Laser-Sintered Commercially Pure Ti and Ti-6Al-4V Alloy for Dental Applications, Materials (Basel) 2020, 13(3):609: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7041401/ — bền mỏi và bền kéo của thanh thiêu kết laser; khối lượng riêng của titan nguyên chất hạng 2 biến dạng dẻo.
- [5] Senka Gudić và cộng sự, Electrochemical Behaviour of Ti and Ti-6Al-4V Alloy in Phosphate Buffered Saline Solution, Materials (Basel) 2021, 14(24):7495: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8703731/ — mô hình màng ôxit hai lớp; so sánh ổn định ăn mòn của hai vật liệu trong dung dịch đệm phosphat.
- Tiêu chuẩn, chỉ dẫn tên và số hiệu, theo danh mục của chính [1] và [2]: ASTM B265, ASTM B348, ASTM B367, ASTM F67, ASTM F1472, AMS 4902, AMS 4911, AMS 4928, ISO 5832-3; [4] nhắc thêm ISO 5832-2. Tài liệu trả phí; bài không trích trị số.
Bảng này không dùng cho:
- Tra độ bền kéo và giới hạn chảy của Ti-6Al-4V theo trạng thái nhiệt luyện: bài không nêu, vì bảng cơ tính của nguồn nằm trong ảnh.
- Chọn chế độ cắt cụ thể: bài không nêu số vòng quay hay bước tiến nào.
- Chọn chế độ nhiệt luyện cho một chi tiết: bài không nêu nhiệt độ và thời gian.
- So titan với thép không gỉ hay hợp kim niken: bài chỉ nhắc mốc so sánh mà nguồn dùng.
- Chỉ định y sinh: bài không bàn; hai bài báo được dẫn chỉ dùng cho số liệu thí nghiệm.
Không xác định được từ bài này: độ bền kéo và giới hạn chảy của Ti-6Al-4V ở trạng thái ủ hay trạng thái tôi dung dịch rồi hoá già, vì bảng cơ tính của tờ dữ liệu nằm trong ảnh mà bản tải về không có chữ; tương quan bền mỏi giữa hai vật liệu ở dạng phôi cán, vì số của [4] là của mẫu thiêu kết laser; và hàm lượng ôxy tối đa của Ti-6Al-4V, vì ô tương ứng trong tờ [2] ghi một trị số lệch bậc so với tờ [1] nên bài không dùng.
Cần chính xác hơn: đọc nguyên lý hợp kim màu ở bài nguyên lý hợp kim màu; cách đọc ký hiệu trạng thái của một họ hợp kim nhẹ khác ở hợp kim nhôm: hệ đánh số và ký hiệu temper; cơ chế hoá bền bằng kết tủa ở ram thép và hoá già hợp kim nhôm.
Câu hỏi thường gặp
Titan nguyên chất thương phẩm là gì? [1] ghi đó là titan không hợp kim hoá, ở nhiệt độ làm việc gồm pha alpha lục giác xếp chặt; là vật liệu một pha nên cơ tính do hoá học và cỡ hạt quyết định. [1] cũng ghi vật liệu này chia hạng 1 đến 4 theo giới hạn chảy và mức cho phép của sắt, cacbon, nitơ, ôxy.
Ti-6Al-4V khác ở chỗ nào về bản chất? [2] ghi đây là hợp kim alpha cộng beta, nhiệt luyện được để tăng bền ở mức vừa, với nhôm 5,50 đến 6,75 % và vanadi 3,50 đến 4,50 %. [2] cũng ghi mác này chiếm hơn 50 % lượng titan dùng trên thế giới; [5] ghi con số gần 50 % cho cùng ý.
Mác nào chống ăn mòn tốt hơn? Tuỳ môi trường, nên bài chỉ dẫn hai kết quả có ngữ cảnh. [5] đo trong dung dịch đệm phosphat pH 7,4 ở 37 °C và ghi titan nguyên chất ổn định ăn mòn hơn Ti-6Al-4V. [3] ghi hạng 2 hay được chọn khi cần chống ăn mòn trong môi trường nước hoặc cần dễ tạo hình.
Chi tiết titan có làm bạc trượt được không? [1] và [2] cùng ghi titan có xu hướng dính xước và không được khuyến nghị cho ứng dụng chịu mòn.
Gia công cắt gọt hai mác này khó tới đâu? [1] ghi titan nguyên chất hạng 2 có đặc tính gia công giống thép không gỉ austenit; [2] ghi tính gia công của Ti-6Al-4V ở mức 22 % so với thép AISI B1112 theo hệ đánh giá lấy thép đó làm chuẩn. Cả hai tờ khuyến nghị tốc độ cắt thấp, bước tiến nặng, nhiều dung dịch trơn nguội, và không dừng tiến dao khi dao còn tiếp xúc chuyển động với phôi.
Vì sao phải dùng dung dịch trơn nguội không chứa clo? [1] và [2] cùng ghi dùng loại không chứa clo để loại khả năng nứt do ăn mòn ứng suất do clorua gây ra.
Nung trong không khí thì sao? [1] ghi khi nung titan nguyên chất trong không khí, hấp thụ ôxy tạo một lớp alpha giàu ôxy rất cứng và giòn gọi là alpha case; [2] ghi Ti-6Al-4V cũng vậy. Cả hai tờ ghi lớp này phải được bóc bỏ sau nhiệt luyện, và ủ trong chân không hoặc khí trơ là cách tránh.
Số bền mỏi nào dùng được cho thiết kế? Không phải số trong bài. [4] đo trên thanh thiêu kết laser và ghi bền mỏi ở 10⁷ chu kỳ của thanh titan nguyên chất hạng 2 vào khoảng 320 và 365 MPa theo hai hướng dựng, còn của Ti-6Al-4V thiêu kết laser vào khoảng 600 MPa, gần với vật liệu biến dạng dẻo cùng mác. Đó là số của một nghiên cứu với mẫu nhỏ, không phải số nghiệm thu.