Styrka och hårdhetsprestanda hos kommersiellt rent titan och dess lämplighet för tunga-strukturella applikationer
Kommersiellt rent titan (CP-Ti, vanligtvis klassificerat i kvaliteter som grad 1 till grad 4 baserat på föroreningshalt och syrenivå) uppvisar en distinkt hållfasthets- och hårdhetsprofil som varierar med dess kvalitet.
I form avhårdhet, som-gjuten eller glödgad CP-Ti har i allmänhet en Brinell-hårdhet (HB) som sträcker sig från 80 till 150. Grad 1 (den mest formbara och lägsta-hållfasthetsgraden) har ett HB på cirka 80–100, medan grad 4 (den högsta-hårdheten av HB når en kommersiell hållfasthet 130–150, vilket är avsevärt lägre än för hög-hållfast stål (t.ex. kylt och härdat legerat stål med HB som ofta överstiger 300) eller titanlegeringar (som Ti-6Al-4V med HB runt 300).
Fördraghållfasthet, Grad 1 CP-Ti har en sträckgräns på cirka 170–240 MPa och en slutlig draghållfasthet på 240–300 MPa; Grad 4 CP-Ti, med högre syrehalt (ett fast-lösningsförstärkande element), uppnår en sträckgräns på 480–550 MPa och en slutlig draghållfasthet på 550–620 MPa. Men även den starkaste kommersiella rent titankvaliteten uppfyller inte de mekaniska kraven för tunga-lastkonstruktioner. Tunga-lastkomponenter (t.ex. brobalkar, ramar för tunga maskiner, huvudlastbärande strukturer för flyg--) kräver vanligtvis sträckgränser över 600 MPa och utmärkt utmattningsmotstånd under cykliska belastningar. CP-Tis relativt låga absoluta hållfasthet, tillsammans med dess lägre elasticitetsmodul (cirka 110 GPa, ungefär hälften av stålets), leder till överdriven elastisk deformation under tunga belastningar, vilket äventyrar strukturell stabilitet och dimensionsnoggrannhet. Således,kommersiellt rent titan kan inte tillfredsställa kraven från tunga-konstruktionsapplikationer; istället föredras titanlegeringar (t.ex. Ti-6Al-4V med sträckgräns över 860 MPa) eller höghållfasta stål för sådana scenarier.
Plasticitet, seghet hos kommersiellt rent titan och dess sprödhet vid låga temperaturer
Kommersiellt rent titan har utmärktplasticitet och segheti dess omgivande-temperaturområde. I glödgat tillstånd kan Grad 1 CP-Ti uppnå en brottförlängning på 20 %–30 % och en minskning av arean på 40 %–60 %, vilket möjliggör djupdragning, smide och andra komplexa formningsprocesser utan att spricka. Klass 4 CP-Ti, trots sin högre hållfasthet, bibehåller fortfarande en respektabel töjning på 10 %–15 %, vilket balanserar styrka och formbarhet. När det gäller seghet har CP-Ti en hög brottseghet (KIC) på 50–80 MPa·m^(1/2) i glödgat tillstånd, vilket är betydligt högre än för många spröda legeringar och säkerställer motstånd mot plötsliga spröda brott under stötar eller dynamiska belastningar.
Angående prestation kllåga temperaturer, kommersiellt rent titan uppvisar inte kallsprödhet, en avgörande fördel jämfört med kolstål (som tenderar att bli spröda under sin formbara-spröda övergångstemperatur, vanligtvis runt -20 grader till -40 grader). CP-Ti behåller god duktilitet och seghet även vid extremt låga temperaturer (som kryogena temperaturer på -253 grader, nära flytande vätes kokpunkt). Till exempel, vid -196 grader (temperatur för flytande kväve), bibehåller Grade 2 CP-Ti fortfarande en töjning på över 15 % och visar ingen signifikant minskning av slagsegheten. Detta tillskrivs titans hexagonala tätpackade (HCP) kristallstruktur, som, samtidigt som den har färre glidsystem än kroppscentrerade kubiska (BCC) metaller vid rumstemperatur, genomgår en förbättrad dislokationsrörelse och deformationskapacitet vid låga temperaturer utan den försprödningsmekanism som ses i BCC-stål (t.ex. korngränssprickning eller segregering av korngränser). Därför,kommersiellt rent titan blir inte skört i låg-temperaturmiljöoch används i stor utsträckning inom kryogen ingenjörskonst, såsom flytande naturgas (LNG) lagring och transportutrustning och kryogena komponenter för rymdfart.
