Egnede kommersielt rene titankvaliteter for miljøer med medium-til-høy temperatur og lav-temperatur
1. CP Titanium-karakterer for scenarier med middels-til-høy temperatur
Bevaring av strekk- og utmattelsesstyrke
Motstand mot krypdeformasjon (langsom plaststrøm under vedvarende belastning)
Mikrostrukturell stabilitet (ingen fasetransformasjon eller urenhetssegregering)
Oksidasjonsmotstand (minimert dannelse av sprø TiO₂-skjell)
1.1 Optimalt karaktervalg: klasse 2 og karakter 4
1.1.1 Kjernefordeler med klasse 2 og klasse 4
Styrketensjon ved høye temperaturer: De interstitielle urenhetene (oksygen og nitrogen) i grad 2 og grad 4 danner en stabil fast løsning i -titangitteret, som motstår gittermykning ved 200–300 grader. Ved 300 grader opprettholder klasse 4 ~70 % av rom--temperaturens endelige strekkstyrke (UTS, ~485 MPa ved romtemperatur vs. ~340 MPa ved 300 grader), mens klasse 1 (lavt oksygeninnhold, 0,18 vekt% O) bare beholder ~515 % av romtemperaturen (~{5 UTS7) (~{5 UTS7) ved romtemperaturen ved 300 grader vs. ~190 MPa ved 300 grader).
Krypemotstand: Kryp er en kritisk feilmodus for materialer under vedvarende belastning ved høye temperaturer. Grad 4s høyere oksygeninnhold øker gitterfriksjonen, bremser dislokasjonsbevegelsen og reduserer krypebelastningen. Ved 350 grader og en spenning på 150 MPa, er grad 4s krypebelastning etter 1000 timer ~0,2%, sammenlignet med ~0,8% for grad 1 under de samme forholdene.
Oksidasjonsmotstand: Både grad 2 og grad 4 danner et tett, vedheftende TiO₂-oksidlag ved 200–400 grader, som fungerer som en barriere for ytterligere oksygeninntrengning. Grad 4s litt høyere urenhetsinnhold kompromitterer ikke oksidlagets integritet, mens ultra-lave urenheter (f.eks. grad 1) kan danne porøse oksider på grunn av lavere gitterstabilitet.
1.1.2 Spesialisert klasse for høy-korrosive miljøer: klasse 7 (Ti-0.12Pd)
Forbedrer korrosjonsbestandigheten ved å redusere syrer (f.eks. HCl) ved høye temperaturer
Forhindrer lokal korrosjon (pitting og sprekker) som kan akselereres av høye temperaturer
Opprettholder mikrostrukturell stabilitet opp til 350 grader uten å danne sprø intermetalliske faser
1.1.3 Søknadssaker
Kjemisk bearbeiding: Grade 2 brukes for varmevekslerrør som opererer ved 200–250 grader, mens grad 4 brukes for reaktorbeholderkomponenter ved 300–400 grader.
Aerospace hjelpesystemer: Grad 4 brukes for hydrauliske linjer i naceller til flymotorer (som opererer ved 250–300 grader) på grunn av krypemotstand og styrkebevaring.
Avsaltningsanlegg: Grade 7 brukes til kuldebærervarmere med høy-temperatur (250–300 grader) for å motstå kloridkorrosjon og termisk tretthet.
1.2 Karakterer å unngå for middels-til-høye temperaturer
Karakter 1: Dens ultra-lave oksygeninnhold resulterer i dårlig styrkebevaring og krypemotstand over 250 grader, noe som gjør den uegnet for bærende-komponenter ved høye temperaturer.
Grad 3: Selv om ytelsen er mellom grad 2 og grad 4, gir den ingen betydelige fordeler i forhold til grad 2 (lavere kostnad) eller grad 4 (høyere styrke), noe som fører til begrenset bruk i middels-til-høytemperaturapplikasjoner.
2. CP titankvaliteter med overlegen seighet for miljøer med lav-temperatur
2.1 Optimalt karaktervalg: klasse 1 og klasse 2 (klasse 1 er foretrukket for ultra-lave temperaturer)
2.1.1 Kjernefordeler med grad 1 for kryogene tilstander
Eksepsjonell lav-temperaturduktilitet: Ved -196 grader (temperatur for flytende nitrogen), beholder grad 1 ~80 % av romtemperaturforlengelsen (24–28 % ved romtemperatur vs. 20–22 % ved -196 grader ) og ~75 % av reduksjonen av areal (30–35 % ved romtemperatur vs. {282 grader ved -1}). Derimot opplever grad 4 (høyt oksygeninnhold) et 40 % fall i forlengelsen ved -196 grader (fra 15 % ved romtemperatur til 9 % ved -196 grader).
Høy bruddseighet: Bruddfasthet (KIC) er en kritisk beregning for kryogene materialer. Grad 1 har en KIC på ~60 MPa·m¹/² ved -196 grader, mens klasse 4s KIC synker til ~35 MPa·m¹/² ved samme temperatur. Det lave innholdet av interstitielle urenheter i grad 1 reduserer gitterforvrengning og eliminerer dannelse av sprø bunnfall, noe som tillater plastisk deformasjon før brudd.
Motstand mot lav-temperaturtretthet: Ved -100 grader er tretthetsgrensen for grad 1 (10⁷ sykluser) ~170 MPa, bare 5 % lavere enn tretthetsgrensen for romtemperatur (~180 MPa). Grad 4, til sammenligning, ser et 15 % fall i utmattelsesgrense ved -100 grader (fra 150 MPa ved romtemperatur til 127 MPa ved -100 grader ) på grunn av økt sprøhet.
2.1.2 Begrunnelse for å unngå høye-urenhetskarakterer (grad 3 og grad 4)
Høyt oksygen/nitrogeninnhold i grad 3 og grad 4 øker gitterhardheten og reduserer dislokasjonsmobilitet ved lave temperaturer, noe som fører til en overgang fra duktil til sprø fraktur.
Ved temperaturer under -100 grader kan disse gradene danne lokale sprø soner ved korngrensene, hvor interstitielle urenheter skiller seg ut, og utløser plutselige brudd under støt eller syklisk belastning.
2.1.3 Søknadssaker
Systemer for flytende naturgass (LNG).: Grad 1 brukes til LNG-lagringstanker og overføringsrørledninger (som opererer ved -162 grader) på grunn av dens høye seighet og motstand mot kryogen tretthet.
Kryogent medisinsk utstyr: Grade 2 brukes for flytende nitrogen/fryserkomponenter i medisinsk bildebehandlingsutstyr (som opererer ved -80 grader til -196 grader) for å balansere seighet og moderat styrke.
Kryogene drivstoffsystemer for romfart: Grade 1 brukes til drivstoffledninger for flytende hydrogen (drift ved -253 grader) for å forhindre sprø svikt under ekstrem kulde og vibrasjonsbelastninger.
