2. klassi titaani hapnikusisaldus - teadmised

1. 2. klassi titaani hapnikusisaldus

2. klassi titaan (kaubanduslikult puhas titaan, UNS R50400) on määratletud rangete hapnikusisalduse piiridega vastavalt rahvusvahelistele standarditele, nagu näiteksASTM B348(titaani ja titaanisulami varraste jaoks) jaASTM B265(titaani ja titaanisulami lehtede/plaatide jaoks).

2. klassi titaani maksimaalne hapnikusisaldus on0,25 massiprotsenti.

See piirmäär on peamine erinevus madalamast-puhtusastmest (nt 1. klassi maksimaalne hapnikusisaldus on 0,18%) ja kõrgema{5}}tugevusastmega klassidest (nt 3. klassi maksimaalne hapnikusisaldus on 0,35%). Hapnikku juhitakse tahtlikult interstitsiaalse legeeriva elemendina, et tasakaalustada mehaanilisi omadusi ja töödeldavust.

2. Hapnikusisalduse mõju 2. klassi titaani tugevusele ja sitkusele

Hapnik toimib atugevdav interstitsiaalne elementkaubanduslikult puhtas titaanis, kuid selle sisaldus mõjutab tugevust ja sitkust{0}}:

Mõju tugevusele

Standardse piiri (vähem kui 0,25 massiprotsenti või sellega võrdne) piires põhjustab hapnikusisalduse suurenemine 2. klassi titaani tugevuse olulise tõusu. Selle põhjuseks on asjaolu, et hapnikuaatomid hõivavad titaani kuusnurkse tiheda -pakendatud (HCP) kristallstruktuuri interstitsiaalseid kohti, põhjustades võre moonutusi ja takistades dislokatsioonide liikumist. Selle tulemusena mõlemadtõmbetugevusjavoolavuspiirsuureneb proportsionaalselt hapnikusisaldusega. Näiteks 2. astme hapnikusisaldusega ülempiiril (0,25%) on voolavuspiir tavaliselt ~275 MPa, madalama hapnikusisaldusega (nt 0,15%) 2. astme proovi voolavuspiir võib aga olla ~240 MPa.

Mõju sitkusele

Hapnikusisalduse suurenemisega kaasneb 2. klassi titaani sitkuse ja plastilisuse vähenemine. Liigne hapnik (0,25% piirile lähenedes või üle selle) suurendab materjali rabedust, kuna moonutatud sõrestruktuur raskendab materjali plastilist deformeerumist enne purunemist. See väljendub vähenemisenapikenemine katkemiseljapindala vähendamine. Näiteks 0,25% hapnikuga 2. klassi pikenemine on ~20–25%, samas kui madalama -hapnikuvariandi pikenemine võib olla ~28–30%. Üle standardpiiri võib hapnik isegi põhjustada haprust, kahjustades tõsiselt materjali löögikindlust ja väsimust.

3. 2. klassi titaani mehaanilised omadused erinevatel temperatuuridel

2. klassi titaani mehaanilised omadused sõltuvad temperatuurist{1}} ja selle jõudlus varieerub oluliselt krüogeense, ümbritseva keskkonna ja kõrgendatud temperatuurivahemikus. Allpool on toodud 2. klassi titaani tüüpilised mehaaniliste omaduste andmed (vastavalt ASTM-i standarditele) tavalistel temperatuuridel:

Temperatuur	Tõmbetugevus (MPa)	Saagistugevus (MPa)	Murdepikenemine (%)	Elastsusmoodul (GPa)
-270 kraadi (krüogeenne)	550–600	480–520	15–20	110–115
-196 kraadi (vedela lämmastiku temperatuur)	500–540	420–460	18–22	105–110
25 kraadi (ümbritsev temperatuur)	450–500	275–310	20–25	100–105
100 kraadi	400–440	240–270	22–28	95–100
200 kraadi	380–420	220–250	25–30	90–95
300 kraadi	350–390	200–230	28–32	85–90
400 kraadi	320–360	180–210	30–35	80–85

Põhimärkused temperatuuri{0}}seotud toimivuse kohta:

Krüogeensed temperatuurid (-270 kraadi kuni -196 kraadi): 2. klassi titaanil on suurepärane krüogeenne jõudlus-selle tugevus suureneb oluliselt võrreldes ümbritseva õhu temperatuuriga, samal ajal kui elastsus säilib mõistlikul tasemel. See muudab selle sobivaks madalal-temperatuuril, näiteks vedelgaasi mahutites.

Ümbritsev temperatuur (25 kraadi): Materjal saavutab tugevuse ja elastsuse tasakaalustatud kombinatsiooni, mis on aluseks selle laialdasele kasutamisele keemilises töötlemises, mereehituses ja meditsiiniseadmetes.

Kõrgendatud temperatuur (100 kraadi kuni 400 kraadi): Tugevus väheneb järk-järgult temperatuuri tõustes, kuid plastilisus suureneb veidi. 2. klassi titaani saab kasutada pidevalt temperatuuril kuni 315 kraadi; üle 400 kraadi langeb selle oksüdatsioonikindlus ja mehaaniline stabiilsus järsult, piirates selle pikaajalist-kasutamist kõrgel{5}}temperatuurilistes keskkondades.