Lämpliga kommersiellt rena titankvaliteter för miljöer med medium-till-hög temperatur och låg-temperatur
1. CP Titanium-kvaliteter för scenarier för medelhöga-till-höga temperaturer
Bibehållande av drag- och utmattningshållfasthet
Motstånd mot krypdeformation (långsamt plastflöde under ihållande belastning)
Mikrostrukturell stabilitet (ingen fasomvandling eller föroreningssegregering)
Oxidationsbeständighet (minimerad bildning av spröda TiO₂-fjäll)
1.1 Optimalt betygsurval: årskurs 2 och årskurs 4
1.1.1 Kärnfördelarna med årskurs 2 och årskurs 4
Hållbarhet vid förhöjda temperaturer: De interstitiella föroreningarna (syre och kväve) i grad 2 och grad 4 bildar en stabil fast lösning i -titangittret, som motstår gittermjukning vid 200–300 grader . Vid 300 grader bibehåller Grad 4 ~70 % av sin rums-temperatur slutliga draghållfasthet (UTS, ~485 MPa vid rumstemperatur mot ~340 MPa vid 300 grader), medan Grad 1 (lågt syreinnehåll, 0,18 vikt% O) endast bibehåller ~51 MPa av sin rumstemperatur vid 300° kontra ~190 MPa vid 300 grader).
Krypmotstånd: Krypning är ett kritiskt felläge för material under ihållande belastning vid förhöjda temperaturer. Grad 4:s högre syrehalt ökar gitterfriktionen, saktar ner dislokationsrörelsen och minskar krypbelastningen. Vid 350 grader och en spänning på 150 MPa, är grad 4:s kryppåkänning efter 1000 timmar ~0,2%, jämfört med ~0,8% för grad 1 under samma förhållanden.
Oxidationsbeständighet: Både Grade 2 och Grade 4 bildar ett tätt, vidhäftande TiO₂-oxidskikt vid 200–400 grader, som fungerar som en barriär för ytterligare syreinträngning. Grad 4s något högre föroreningsinnehåll äventyrar inte oxidskiktets integritet, medan ultra-låga föroreningsgrader (t.ex. grad 1) kan bilda porösa oxider på grund av lägre gitterstabilitet.
1.1.2 Specialiserad kvalitet för hög-korrosiva miljöer: Grad 7 (Ti-0.12Pd)
Förbättrar korrosionsbeständigheten vid reducerande syror (t.ex. HCl) vid förhöjda temperaturer
Förhindrar lokal korrosion (pitting och spaltkorrosion) som kan accelereras av höga temperaturer
Bibehåller mikrostrukturell stabilitet upp till 350 grader utan att bilda spröda intermetalliska faser
1.1.3 Ansökningsfall
Kemisk bearbetning: Grad 2 används för värmeväxlarrör som arbetar vid 200–250 grader, medan grad 4 används för reaktorkärlskomponenter vid 300–400 grader.
Aerospace hjälpsystem: Grad 4 används för hydraulledningar i flygplansmotorgondoler (fungerar vid 250–300 grader) på grund av dess krypmotstånd och styrka.
Avsaltningsanläggningar: Grad 7 används för hög-temperaturvärmare för brine (250–300 grader) för att motstå kloridkorrosion och termisk utmattning.
1.2 Grader att undvika för medelhöga-till-höga temperaturer
Årskurs 1: Dess ultra-låga syreinnehåll resulterar i dålig hållfasthet och krypmotstånd över 250 grader, vilket gör den olämplig för bärande-komponenter vid höga temperaturer.
Årskurs 3: Även om dess prestanda ligger mellan klass 2 och grad 4, erbjuder den inga betydande fördelar jämfört med grad 2 (lägre kostnad) eller grad 4 (högre styrka), vilket leder till begränsad användning i applikationer med medel-till-hög temperatur.
2. CP titankvaliteter med överlägsen seghet för miljöer med låg-temperatur
2.1 Optimalt betygsval: årskurs 1 och årskurs 2 (klass 1 är att föredra för ultra-låga temperaturer)
2.1.1 Kärnfördelar med grad 1 för kryogena tillstånd
Exceptionell duktilitet vid låg-temperatur: Vid -196 grader (temperatur för flytande kväve), behåller klass 1 ~80 % av sin töjning vid rumstemperatur (24–28 % vid rumstemperatur mot . 20–22 % vid -196 grader ) och ~75 % av minskningen av arean (30–35 % vid rumstemperatur mot {282 grader vid -1 % }). Däremot upplever Grad 4 (högt syreinnehåll) en 40 % minskning i förlängning vid -196 grader (från 15 % vid rumstemperatur till 9 % vid -196 grader).
Hög brottseghet: Frakturseghet (KIC) är ett kritiskt mått för kryogena material. Grad 1 har en KIC på ~60 MPa·m¹/² vid -196 grader, medan Grad 4:s KIC sjunker till ~35 MPa·m¹/² vid samma temperatur. Det låga innehållet av interstitiell förorening i Grad 1 minskar gitterförvrängning och eliminerar bildning av spröda fällningar, vilket möjliggör plastisk deformation innan brott.
Motstånd mot låg-temperaturutmattning: Vid -100 grader är utmattningsgränsen för grad 1 (10⁷ cykler) ~170 MPa, endast 5 % lägre än dess utmattningsgräns för rumstemperatur (~180 MPa). Grad 4, som jämförelse, ser en 15% minskning av utmattningsgränsen vid -100 grader (från 150 MPa vid rumstemperatur till 127 MPa vid -100 grader) på grund av ökad sprödhet.
2.1.2 Skäl för att undvika hög-föroreningsgrad (grad 3 och grad 4)
Högt syre/kväveinnehåll i grad 3 och grad 4 ökar gitterhårdheten och minskar dislokationsrörlighet vid låga temperaturer, vilket leder till en övergång från seg till spröd fraktur.
Vid temperaturer under -100 grader kan dessa sorter bilda lokala spröda zoner vid korngränserna, där interstitiella föroreningar segregerar, vilket utlöser plötsliga brott under stötar eller cyklisk belastning.
2.1.3 Ansökningsfall
System för flytande naturgas (LNG).: Grad 1 används för LNG-lagringstankar och överföringsrörledningar (som arbetar vid -162 grader) på grund av dess höga seghet och motståndskraft mot kryogen utmattning.
Kryogen medicinsk utrustning: Grad 2 används för flytande kväve/fryskomponenter i medicinska avbildningsenheter (som arbetar vid -80 grader till -196 grader) för att balansera seghet och måttlig styrka.
Kryogena bränslesystem för flygindustrin: Grad 1 används för bränsleledningar för flytande väte (som arbetar vid -253 grader) för att förhindra spröda fel under extrem kyla och vibrationsbelastning.
