1. Kõrgsurve stabiilsuse olemuslik-mehhanism
Kristallstruktuuri eelised: kaubanduslikult puhtal titaanil ja enamikul titaanisulamitel on toatemperatuuril kuusnurkne tihedalt{0}}pakitud (HCP) kristallstruktuur. Kõrge hüdrostaatilise rõhu korral ei ole see tihe kristallstruktuur faasisiirde ega võre kokkuvarisemise suhtes kalduv. Erinevalt mõnest metallist, mis läbivad kõrge rõhu all rabedaid faasisiire, tekitab titaanvõre ainult ühtlase elastse kokkusurumise, põhjustamata ebaühtlasest pingest tingitud dislokatsiooni paljunemist või pragude teket.
Madal kokkusurutavus: Titaanil on madal kokkusurutavustegur (mahumoodul ligikaudu 110–120 GPa). Süvamerekeskkonnas (rõhk tõuseb ~0,1 MPa sügavuse meetri kohta; nt 10 000 meetri sügavus vastab ~ 1000 MPa rõhule) on titaanmaterjalide mahukahanemine minimaalne. See madal deformatsioonikarakteristik tagab, et materjali sisemine pingejaotus jääb ühtlaseks, vältides mehaaniliste omaduste halvenemist liigse plastilise deformatsiooni tõttu.
Suurepärane korrosioonikindlus: süvamere{0}}vesi sisaldab suures kontsentratsioonis kloriidioone, lahustunud hapnikku ja sulfaadiioone, mis võivad enamiku metallide puhul põhjustada tugevat korrosiooni. Titaan moodustab oma pinnale tiheda iseparaneva oksiidkile (TiO₂), mis on merevee ja söövitavate ioonide suhtes läbimatu. See hoiab ära vesiniku murenemise, pingekorrosioonipragunemise (SCC) ja punktkorrosiooni-probleemid, mis põhjustavad sageli metallide äkilisi mehaanilisi rikkeid süvamerekeskkonnas. Ilma korrosiooni{7}}indutseeritud kahjustusteta saab titaanile omaseid mehaanilisi omadusi stabiilselt säilitada.
2. Kõrgsurve all olevate mehaaniliste omaduste varieerumisseadus
Tugevus: Kõrge hüdrostaatiline rõhk toimib materjali sisemise dislokatsiooni liikumise "piirangutegurina". Kaubanduslikult puhta titaani (nt 2. klass) tõmbetugevus ja voolavuspiir suurenevad ülikõrgel rõhul (1000 MPa) ümbritseva rõhuga võrreldes veidi (5–15%). Kõrge -tugevate titaanisulamite (nt Ti-6Al-4V) puhul on tugevuse kasv ilmsem (10%–20%), kuna rõhk pärsib veelgi sulamimaatriksi dislokatsioonide libisemist. See tugevuse suurendamine on pöörduv - kui rõhk vabastatakse, taastub materjal algse tugevustasemega ilma püsivate kahjustusteta.
Tugevus ja elastsus: erinevalt mõnedest metallidest, mis muutuvad kõrge rõhu all rabedaks, säilitavad titaanmaterjalid hea sitkuse ka süvamerekeskkonnas. Kõrge hüdrostaatiline rõhk vähendab teradevahelise murdumise kalduvust ja soodustab materjali ühtlast plastilist deformatsiooni. Näiteks 2. klassi titaani purunemispikenemine väheneb 1000 MPa rõhu all ainult 2–3%, mis on palju madalam kui terasmaterjalidel (sama rõhu all võib venivus väheneda 10–20%). See tagab, et titaankomponendid taluvad äkilisi löögikoormusi (nt sukeldatav kokkupõrge merepõhja kivimitega) ilma rabedate murdudeta.
Väsimuskindlus: süvamere{0}}varustus on allutatud pikaajalistele-tsüklilistele koormustele (nt lainevibratsioon, seadmete töö). Titaanmaterjalidel on suurepärane väsimuskindlus kõrge rõhu all,{5}}nende väsimuspiir väheneb 1000 MPa rõhu all vähem kui 10%, mis on palju parem kui traditsioonilised merekonstruktsioonimaterjalid, nagu näiteks ülitugev teras (väsimuspiiri vähenemine 20–30%). Selle põhjuseks on asjaolu, et kõrgsurvekeskkond vähendab titaanis tekkivate mikropragude levimiskiirust, vältides pragude laienemist enneaegse rikkeni.
3. Stabiilsust ja praktilisi rakendusnõudeid mõjutavad peamised tegurid
Temperatuur{0}}Rõhu sidumise efekt: Sügav{0}}merekeskkond hõlmab sageli lisaks kõrgele rõhule ka madalat temperatuuri (0 kraadi lähedal). Madala temperatuuri ja kõrge rõhu kombinatsioon suurendab veidi titaani tugevust, kuid elastsus väheneb mõõdukalt. Näiteks 2. klassi titaanil 0 kraadi ja 1000 MPa juures on voolavuspiir ~20% kõrgem kui toatemperatuuril ja atmosfäärirõhul ning venivus väheneb ~5%. Seetõttu tuleb ülisüvamere rakendustes (üle 6000 meetri) valida titaanisulamid, millel on parem vastupidavus madalal temperatuuril (nt Ti-6Al-4V ELI, eriti madal vahekiht).
Tera suuruse juhtimine: Peeneteralistel-titaanmaterjalidel on parem kõrgrõhu stabiilsus kui-jämedateralistel. Peened terad võivad hajutada kõrge rõhu põhjustatud pingekontsentratsiooni, parandades veelgi materjali sitkust ja väsimuskindlust. Seetõttu toodetakse süvamere titaankomponente tavaliselt selliste protsessidega nagu kuumvaltsimine ja lõõmutamine, et saada peeneteraline struktuur (tera suurus 5–10 μm).
4. Praktilised rakendusjuhtumid
Süvamere{0}}sukeldajad: 11 000 meetri sügavusele sukelduva "Limiting Factor" sukelaparaadi kerekonstruktsioonis on kasutatud Ti-6Al-4V sulamit. Selle mehaanilised omadused püsivad stabiilsena ülikõrge rõhu all ~1100 MPa, tagades sukelaeva konstruktsiooni terviklikkuse.
Merepõhja nafta- ja gaasijuhtmed: Titaanisulamist torujuhtmeid kasutatakse süvamere nafta- ja gaasiväljadel (sügavus > 3000 meetrit) toornafta ja maagaasi transportimiseks. Need taluvad nii kõrgsurvet kui ka merevee korrosiooni ning nende kasutusiga on üle 20 aasta.
Kokkuvõtteks võib öelda, et titaanmaterjalidel on suurepärane mehaaniliste omaduste stabiilsus süvamere{0}}kõrgsurve{1}}keskkonnas, mis on tingitud nende stabiilsest kristallstruktuurist, madalast kokkusurutavusest ja tugevast korrosioonikindlusest. Mõistliku materjalivaliku ja protsessi juhtimisega vastavad need täielikult üli-süvamere-insenertehniliste rakenduste nõuetele.
