1. Nende kolme klassi põhimetallurgia erineb oluliselt. Mis vahe on kaubanduslikult puhta (CP) klassi nagu 2. klass, alfa-beetasulami, nagu klass 5, ja pallaadiumi-täiustatud kvaliteediklassi (nt 7. klass) vahel ja kuidas see otseselt määrab nende esmase kasutuse?
Peamine erinevus seisneb nende keemilises koostises ja sellest tulenevas mikrostruktuuris, mis määrab nende mehaanilised ja korrosiooniomadused.
2. klass (CP-titaan): see on ühe-faasi (alfa) sulam. Selle mikrostruktuur koosneb täielikult kuusnurksest tihedast -pakendatud (HCP) kristallstruktuurist. See on sisuliselt legeerimata titaan (99,2% min), mida tugevdavad interstitsiaalsed elemendid nagu hapnik. See annab sellele suurepärase plastilisuse, vormitavuse ja keevitatavuse, kuid mõõduka tugevuse.
Peamine kasutusala: tööhobune korrosioonikindlate-seadmete jaoks mitte-kriitiliste tugevusrakenduste jaoks: keemiliste protsesside torud, soojusvahetid ja laevakomponendid, kus selle omaduste ja kulude suurepärane tasakaal on ideaalne.
5. klass (Ti-6Al-4V): see on alfa-beetasulam. Selle mikrostruktuur on segu HCP alfa-faasist ja kehakesksest kuubikujulisest (BCC) beetafaasist, mida võimaldab lisada 6% alumiiniumi (alfa-stabilisaator) ja 4% vanaadiumi (beeta-stabilisaator). See kahefaasiline struktuur, mida saab kuumtöötlemise (vanandamise) abil veelgi tugevdada, annab sellele väga suure tugevuse.
Peamine kasutusala: esmaklassiline kosmosetööstuse sulam ja ülitugev{0}}meditsiiniline implantaadi materjal (ELI klassis). Kasutatakse lennukikomponentide, reaktiivmootori osade ja kriitiliste kirurgiliste implantaatide jaoks, kus tugevuse -ja-massi suhe on ülimalt oluline.
7. klass (Ti-0,15Pd): see on 2. klassi "pallaadiumi-täiustatud" variant. Sellel on sama ühefaasiline alfa-mikrostruktuur ja mehaanilised omadused nagu 2. klassil, kuid väikese, kriitilise lisandiga 0,12–0,25% pallaadiumi.
Peamine kasutusala: Spetsialist keemiliseks töötlemiseks kõige agressiivsemates redutseerivates hapete keskkondades, kus 2. aste ei toimi, näiteks kuum, mitte-oksüdeeriv vesinikkloriid- ja väävelhape.
2. Keemilise töötlemise tehase torustiku puhul võib arvesse võtta kõiki kolme klassi. Kergelt oksüdeerivas või kloriidi-rikkas keskkonnas, nagu soe merevesi, on 2. ja 7. klassi jõudlus sarnane. Millistes konkreetsetes ja rasketes keemilistes tingimustes on 7. klass ühemõtteline valik ja milline on selle paremuse taga olev elektrokeemiline mehhanism?
7. klassist saab ühemõtteline valik mitte-oksüdeerivates, redutseerivates happelistes keskkondades, eriti kuumas, lahjendatud vesinikkloriidhappes (HCl) ja väävelhappes (H2SO₄).
2. klassi probleem: hapete redutseerimisel on titaanil olev kaitsev TiO₂ passiivne kile ebastabiilne ja laguneb. Metall läheb "aktiivsesse" olekusse, mis viib kõrge ühtlase korrosioonikiiruseni. 2. klass pakub selle stsenaariumi korral vähe vastupanu või üldse mitte.
7. klassi lahendus: katoodmodifikatsioon (anoodne depolarisatsioon)
Väike kogus pallaadiumi, väärismetalli, on võti. See sadestub peente, diskreetsete osakestena kogu titaanmaatriksis.
Redutseerivas happes hakkab titaanist mitteväärismetall korrodeerima (toimib anoodina).
Pallaadiumiosakesed, mis on väga katoodsed, toimivad tõhusate kohtadena vesinikioonide redutseerimiseks.
See intensiivne kohalik katoodne aktiivsus juhib kogu titaani pinna elektrokeemilist potentsiaali üllas (positiivses) suunas.
See potentsiaali nihe on piisav pinna polariseerimiseks stabiilsesse "passiivsesse" piirkonda, kus kaitsev TiO2 kile saab moodustada ja seda säilitada.
Sisuliselt toimivad pallaadiumiosakesed sisseehitatud-katalüsaatoritena, mis sunnivad titaani ennast passiivseks muutma, vähendades korrosioonikiirust suurusjärgu võrra võrreldes 2. klassiga. Protsessi voo jaoks, mis väheneb või võib muutuda, annab 7. klass olulise ohutusvaru.
3. Tootja peab tootma titaanvardast suures koguses -tugevaid kinnitusvahendeid. Miks valitakse 5. klass 2. klassi asemel ja millist konkreetset termilise töötlemise etappi ribale rakendataksepärastkinnitusdetailid on töödeldud, et saavutada nende nõutav kõrge tugevus?
Klass 5 on valitud ühel peamisel põhjusel: selle sademete kõvenemise võime, mis võimaldab saavutada tõmbetugevusi üle 1000 MPa (145 ksi), mis ületab kaugelt 2. klassi (~345 MPa) võimeid.
Protsess: lahuse töötlemine ja vanandamine (STA)
Kinnitusdetailid ei ole töödeldud eel-karastatud latist. Selle asemel järgitakse kindlat termilist järjestust:
Mehaaniline töötlemine: kinnitusdetailid on töödeldud 5. klassi baarist, mis tarnitakse lõõmutatud (pehme) olekus. See olek on suhteliselt plastiline ja seda on lihtne täpsete mõõtmeteni töödelda, sealhulgas keerulisi keermeid.
Lahuse töötlemine: Töödeldud kinnitusdetailid kuumutatakse kõrgel temperatuuril (~955-970 kraadi / 1750-1800 kraadi F), et lahustada legeerivad elemendid homogeenseks tahkeks lahuseks, seejärel kustutatakse kiiresti. Nüüd on nad suhteliselt pehmes, metastabiilses olekus.
Vananemine (sademete kõvenemine): see on kriitiline, mitte{0}}aruteldav sammpärastmehaaniline töötlemine. Kinnitusdetailid kuumutatakse uuesti madalamale temperatuurile (~480{5}}595 kraadi / 900-1100 kraadi F) ja hoitakse mitu tundi. See põhjustab sekundaarse alfafaasi peente hajutatud osakeste sadestamist mikrostruktuuri sees. Need osakesed lukustavad dislokatsiooni liikumise, suurendades dramaatiliselt saagikust ja tõmbetugevust nende lõpliku suure jõudlusega tasemeni.
Keerme lõikamine täielikult vananenud-5. klassi karastatud latti oleks ülemäära keeruline ja hävitaks lõikeriistad. Protsess „Masin pehmendab, seejärel vananeb-kõveneb” on keerukate ja tugevate komponentide valmistamisel ülioluline.
4. Konstruktsiooni keevitamisel 2., 5. ja 7. klassi vardadega on murenemise oht universaalne probleem, kuid algpõhjus on erinev. Mis on 2./7. klassi ja 5. klassi peamine hapruse mehhanism keevitamise ajal ja milline on kõige olulisem kõigi jaoks ühine protseduuriline kontroll selle vältimiseks?
Kuigi vastuvõtlikkus on erinev, on kõigi titaanisulamite peamine haprusmehhanism keevitamise ajal õhugaaside interstitsiaalne saastumine.
2. ja 7. klass: Peamine oht on hapniku ja lämmastikuga saastumine. Need elemendid lahustuvad HCP-võres interstitsiaalselt, põhjustades kõvaduse järsu tõusu ning katastroofilist plastilisuse ja sitkuse kaotust keevisõmbluses ja kuumus{3}}mõjutatud tsoonis (HAZ).
5. klass: see on vastuvõtlik ka hapniku ja lämmastiku kogumisele, kuid sellel on täiendav ainulaadne oht: hapra faasi moodustumine, mida nimetatakse "alfa juhtumiks". Kõrgel keevitustemperatuuril reageerib titaan hapnikuga, moodustades hapnikuga -stabiliseeritud alfafaasi kõva, rabeda pinnakihi. See kiht võib olla pragude tekkekohaks.
Üks kõige kriitilisem protseduuriline juhtimine: üli-kõrge-puhtusastmega inertgaasi varjestus.
See pole-läbirääkilik ja palju rangem kui roostevaba terase puhul. Protokoll peab sisaldama:
Primary Shielding: High-purity argon (>99,995%) keevituspõletist.
Trailing Shield: pikendatud kinnitus, mis jätkab kuuma, tahkuva keevisõmbluse ja HAZ-i katmist argooniga, kuni see jahtub alla ~400 kraadi (750 kraadi F).
Selja puhastamine: iga liigendi puhul juure poolpeabolema kaitstud sama puhta argooni atmosfääriga, et vältida tagumise keevisõmbluse oksüdeerumist.
Kõigi nende klasside edukas titaani keevisõmblus on särav, hõbedane ja -värvimuutusteta. Kõik õled, sinine, hall või valge värv viitavad saastumisele ja rabedusele.
5. Avamere mereveesüsteemi komponendi elutsükli kuluanalüüsis, võrreldes 2. klassi titaanvarda 316-liitrise roostevabast terasest vardaga, on titaani esialgne maksumus kõrgem. Millised kolm peamist pikaajalist-jõudlustegurit õigustavad 2. klassi titaani valikut, muutes selle platvormi eluea jooksul ökonoomsemaks valikuks?
2. klassi titaani õigustus seisneb selle kogukulus (TCO), mis on tingitud võrratust töökindlusest ja hooldusvabast.
Immuunsus kloriidi{0}}indutseeritud korrosiooni suhtes: see on kõige olulisem tegur.
316L roostevaba teras: on soojas seisvas merevees väga vastuvõtlik lokaalsele täpi- ja pragukorrosioonile. Veelgi kriitilisem on see, et see on haavatav kloriidi stressikorrosioonipragude (Cl-SCC) suhtes, mis on rabe ja katastroofiline rikkerežiim.
2. klassi titaan: on peaaegu immuunne nii merevees leiduva täppide tekke kui ka Cl-SCC suhtes, olenemata temperatuurist või kloriidi kontsentratsioonist. See välistab avamere materjalide esmase rikkemehhanismi.
Erosioon-Korrosioonikindlus: merevesi, eriti koos liivaga, on abrasiivne.
316L: võib kannatada erosiooni-korrosiooni all, kus kaitsekile hõõrdub ja korrosioon kiireneb.
2. klass: selle vastupidav, iseparanev-tio-oksiidkile tagab suurepärase vastupidavuse suure-kiirusega abrasiivsele mereveele, mistõttu sobib see ideaalselt pumba tiivikute, ventiilide ja torustike jaoks.
Hoolduse ja planeerimata seisakute kõrvaldamine:
316L komponent võib vajada ülevaatust, asendamist või katoodkaitset, mis toob kaasa kuluka avamerehoolduse ja tootmise seiskamise.
2. klassi titaankomponent on seevastu tavaliselt "sobita-ja-unusta" lahendus. Selle kasutusiga võib ühtida platvormi enda 20–30-aastase elueaga ilma hoolduseta.
2. klassi titaanplaadi kõrgem esialgne maksumus on kindlustuspoliis tõrgete, hoolduse ja tootmise kadumisega seotud üüratute kulude vastu ligipääsmatus avamerekeskkonnas.
