Tinkamos komerciškai gryno titano klasės, skirtos vidutinei{0}}–-aukštai ir žemai{2}}temperatūrai

Komerciniu požiūriu gryno (CP) titano našumą ekstremaliose temperatūrose (nuo -}aukštos iki-aukštos arba kriogeninės) lemia jo priemaišų kiekis, mikrostruktūros stabilumas ir mechaninių savybių išlaikymas. Skirtingos CP titano rūšys (ASTM 1–4 klasės ir specializuotos klasės, pvz., 7 klasė) pasižymi ryškiu prisitaikymu prie ekstremalių temperatūrų dėl intersticinių ir pakaitinių priemaišų lygių skirtumų. Toliau pateikiama išsami vidutinės{7}}–-aukštos temperatūros ir žemos{9}} temperatūros pasirinkimo analizė, taip pat pagrindiniai mechanizmai ir taikymo atvejai.

1. CP titano klasės, skirtos vidutinės{1}}–-aukštos temperatūros scenarijams

CP titano vidutinės{0}}–-aukštos temperatūros paslauga paprastai reiškia darbinę temperatūrą nuo200 laipsnių iki 400 laipsnių(aukštesnėje nei 400 laipsnių temperatūroje paprastai vyrauja titano lydiniai, nes CP titanas praranda didelį stiprumą ir atsparumą šliaužimui). Pagrindiniai šio diapazono veikimo reikalavimai yra šie:

Tempimo ir nuovargio stiprumo išlaikymas

Atsparumas šliaužimo deformacijai (lėtas plastinis srautas esant nuolatinei apkrovai)

Mikrostruktūrinis stabilumas (nėra fazių transformacijos ar priemaišų segregacijos)

Atsparumas oksidacijai (minimizuotas trapių TiO₂ nuosėdų susidarymas)

1.1 Optimalus pažymių pasirinkimas: 2 klasė ir 4 klasė

Tarp standartinių CP titano rūšių,2 klasė(0,25 masės % O, 0,03 masės % N, 0,08 masės % C, 0,25 masės % Fe) ir4 klasė(0,40 masės % O, 0,05 masės % N, 0,08 masės % C, 0,50 masės % Fe) yra tinkamiausi vidutinės -–-aukštos temperatūros aplinkoje, o 4 laipsnis pirmenybė teikiama aukštesnei temperatūrai (300–400 laipsnių) ir didesniam įtempimui.

1.1.1 Pagrindiniai 2 ir 4 klasės privalumai

Stiprumo išlaikymas aukštesnėje temperatūroje: 2 ir 4 laipsnio intersticinės priemaišos (deguonis ir azotas) sudaro stabilų kietą tirpalą -titano gardelėje, kuri atspari gardelės minkštėjimui 200–300 laipsnių temperatūroje. Esant 300 laipsnių temperatūrai, 4 laipsnis išlaiko ~70 % savo kambario temperatūros ribinio tempimo stiprio (UTS, ~485 MPa kambario temperatūroje, palyginti su ~340 MPa esant 300 laipsnių), o 1 laipsnis (mažas deguonies kiekis, 0,18 masės % O) išlaiko tik ~55 % kambario temperatūros {17TS} (U35 MPa kambario temperatūroje{4). palyginti su ~190 MPa esant 300 laipsnių).

Atsparumas šliaužimui: Valkšnumas yra kritinis gedimo būdas medžiagoms, kurioms esant nuolatinė apkrova aukštesnėje temperatūroje. Didesnis 4 klasės deguonies kiekis padidina grotelių trintį, sulėtina dislokacijos judėjimą ir sumažina šliaužimo įtampą. Esant 350 laipsnių temperatūrai ir 150 MPa įtempiui, 4 laipsnio šliaužimo deformacija po 1000 valandų yra ~0,2%, palyginti su ~0,8% 1 laipsnio tomis pačiomis sąlygomis.

Atsparumas oksidacijai: 2 ir 4 laipsniai sudaro tankų, prilipusį TiO₂ oksido sluoksnį 200–400 laipsnių temperatūroje, kuris veikia kaip kliūtis tolesniam deguonies patekimui. 4 laipsnio šiek tiek didesnis priemaišų kiekis nepažeidžia oksido sluoksnio vientisumo, o ypač-mažos priemaišos (pvz., 1 laipsnio) gali sudaryti porėtus oksidus dėl mažesnio gardelės stabilumo.

1.1.2 Specializuota klasė, skirta korozijai aukštoje temperatūroje-: 7 klasė (Ti-0,12Pd)

Vidutinės{0}}–-aukštos temperatūros aplinkai su korozinėmis terpėmis (pvz., chlorido -turinčiais proceso srautais chemijos gamyklose, veikiančiose 250–350 laipsnių temperatūroje),7 klasė(paladžiu -legiruoto CP titano klasė su 0,12 masės % Pd, 0,20 masės % O, 0,03 masės % N) yra optimalus pasirinkimas. Nors jo stiprumas yra panašus į 2 laipsnį, paladžio pridėjimas:

Padidina atsparumą korozijai redukuojančiose rūgštyse (pvz., HCl) aukštesnėje temperatūroje

Apsaugo vietinę koroziją (įdubimų ir plyšių koroziją), kurią gali paspartinti aukšta temperatūra

Išlaiko mikrostruktūrinį stabilumą iki 350 laipsnių, nesudarant trapių intermetalinių fazių

1.1.3 Taikymo atvejai

Cheminis apdorojimas: 2 laipsnis naudojamas šilumokaičio vamzdžiams, veikiantiems 200–250 laipsnių, o 4 laipsnis – reaktoriaus indo komponentams esant 300–400 laipsnių.

Pagalbinės erdvėlaivių sistemos: 4 klasė naudojama hidraulinėms linijoms orlaivių variklių konstrukcijoje (veikiančioms 250–300 laipsnių kampu) dėl atsparumo valkšnumui ir stiprumo išlaikymo.

Gėlinimo įrenginiai: 7 klasė naudojama aukštos -temperatūros sūrymo šildytuvams (250–300 laipsnių), kad būtų atsparūs chlorido korozijai ir terminiam nuovargiui.

1.2 Vengtinos klasės nuo vidutinės- iki-aukštos temperatūros

1 klasė: Dėl itin-mažo deguonies kiekio jis blogai išlaiko stiprumą ir atsparumą šliaužimui virš 250 laipsnių, todėl jis netinkamas apkrovą-laikantiems komponentams esant aukštesnei temperatūrai.

3 klasė: Nors jo našumas yra tarpinis tarp 2 ir 4 klasės, jis nesuteikia reikšmingo pranašumo prieš 2 laipsnį (mažesnė kaina) ar 4 klasę (didesnis stiprumas), todėl jis naudojamas ribotai naudojant vidutinę{4}} ir -aukštą temperatūrą.

info-447-443 info-447-447

info-447-447 info-442-448

2. CP titano klasės, pasižyminčios puikiu atsparumu žemos temperatūros aplinkai

Žemos{0}}temperatūros (kriogeninės) CP titano paslaugos paprastai apima temperatūrą nuo-20 laipsnių (šaltoje patalpoje) iki -269 laipsnių (skysto helio temperatūra). Pagrindinis reikalavimas šiam diapazonui yradidelis atsparumas lūžiams ir plastiškumas(siekiant išvengti trapios lūžimo), taip pat atsparumo smūgiams ir atsparumo nuovargiui išlaikymas esant minusinei temperatūrai. Priemaišų, ypač intersticinių elementų (deguonies, azoto, anglies), kiekis yra pagrindinis veiksnys, lemiantis atsparumą žemai -temperatūrai, nes šie elementai padidina gardelės trapumą.

2.1 Optimalus laipsnio pasirinkimas: 1 ir 2 klasė (1 klasė yra pageidautina esant ypač žemai temperatūrai)

1 klasė(0,18 masės % O, 0,03 masės % N, 0,08 masės % C, 0,20 masės % Fe) ir2 klasėyra geriausias pasirinkimas žemoje{0}}temperatūroje, o 1 klasė pasižymi didžiausiu atsparumu dėl minimalaus tarpinio priemaišų kiekio.

2.1.1 Pagrindiniai 1 laipsnio privalumai kriogeninėms sąlygoms

Išskirtinis plastiškumas žemoje{0}}temperatūroje: Esant -196 laipsniams (skysto azoto temperatūra), 1 laipsnis išlaiko ~80 % pailgėjimo kambario temperatūroje (24–28 % kambario temperatūroje, palyginti su . 20–22 % –196 laipsniais) ir ~75 % ploto sumažėjimo (30–35 % kambario temperatūroje, palyginti su 1 2 laipsniu). Priešingai, 4 laipsnio (didelis deguonies kiekis) pailgėjimas sumažėja 40 % esant -196 laipsnių (nuo 15 % kambario temperatūroje iki 9 % esant -196 laipsnių).

Didelis atsparumas lūžiams: Atsparumas lūžiams (KIC) yra kritinis kriogeninių medžiagų rodiklis. 1 laipsnio KIC yra ~60 MPa·m¹/² esant -196 laipsnių, o 4 laipsnio KIC sumažėja iki ~35 MPa·m¹/² esant tokiai pačiai temperatūrai. Mažas 1 laipsnio intersticinių priemaišų kiekis sumažina gardelės iškraipymą ir pašalina trapių nuosėdų susidarymą, todėl prieš lūžimą atsiranda plastinė deformacija.

Atsparumas žemos temperatūros{0}}nuovargiui: Esant -100 laipsnių, 1 laipsnio nuovargio riba (10⁷ ciklų) yra ~170 MPa, tik 5 % mažesnė už kambario temperatūros nuovargio ribą (~180 MPa). Palyginimui, 4 laipsnio nuovargio riba, esant -100 laipsnių, sumažėja 15 % (nuo 150 MPa kambario temperatūroje iki 127 MPa esant -100 laipsnių) dėl padidėjusio trapumo.

2.1.2 Priežastis, kodėl reikia vengti didelio{1}}nešvarumo (3 ir 4 laipsnio)

Didelis deguonies / azoto kiekis 3 ir 4 klasėse padidina grotelių kietumą ir sumažina dislokacijos mobilumą esant žemai temperatūrai, todėl lūžta nuo plastiško prie trapios.

Esant žemesnei nei -100 laipsnių temperatūrai, šios rūšys gali sudaryti vietines trapias zonas ties grūdelių ribomis, kuriose atsiskiria tarpšakinės priemaišos, sukeldamos staigų lūžį veikiant smūgiui ar ciklinei apkrovai.

2.1.3 Taikymo atvejai

Suskystintų gamtinių dujų (SGD) sistemos: 1 klasė naudojama SGD talpyklų įdėklams ir perdavimo vamzdynams (veikiantiems -162 laipsnių temperatūroje) dėl didelio kietumo ir atsparumo kriogeniniam nuovargiui.

Kriogeninė medicinos įranga: 2 laipsnis naudojamas skysto azoto / šaldiklio komponentams medicininiuose vaizdo gavimo įrenginiuose (veikiant nuo -80 laipsnių iki -196 laipsnių), kad būtų subalansuotas tvirtumas ir vidutinis stiprumas.

Orlaivių ir kosmoso kriogeninės kuro sistemos: 1 klasė naudojama skysto vandenilio kuro linijoms (veikiančioms -253 laipsnių temperatūroje), kad būtų išvengta trapių gedimų esant dideliam šalčiui ir vibracijai.

2.2 Ypatingas dėmesys: kriogeninių klasių vandenilio kontrolė

Net vandenilio pėdsakai (0,005 masės%) CP titane gali sudaryti trapias TiH₂ nuosėdas esant žemai temperatūrai, drastiškai sumažindami kietumą. Itin žemai temperatūrai (nuo -200 laipsnių iki -269 laipsnių),vakuuminis{0}}atkaitintas 1 klasė(vandenilio kiekis ＜0,003 masės%) reikalingas, kad būtų pašalinta vandenilio trapumo rizika.

3. Ekstremalioms temperatūroms skirtų markių pasirinkimo santrauka

Temperatūros scenarijus	Optimalios CP titano klasės	Pagrindinės našumo tvarkyklės	Tipinės programos
Nuo vidutinio- iki-aukšto (200–400 laipsnių)	2 klasė, 4 klasė, 7 klasė	Stiprumo išlaikymas, atsparumas valkšnumui, atsparumas oksidacijai / korozijai	Cheminiai reaktoriai, kosminės erdvės hidraulinės linijos, sūrymo šildytuvai
Žemas / kriogeninis (nuo -20 laipsnių iki -269 laipsnių)	1 klasė (pirmas pasirinkimas), 2 klasė	Didelis lankstumas, atsparumas lūžiams, atsparumas žemai-temperatūrai nuovargiui	SGD sistemos, kriogeninė medicininė įranga, skysto vandenilio kuro linijos

Apibendrinant galima pasakyti, kad vidutinės{0}}–-aukštos temperatūros aplinka yra palankesnė CP titano klasėms su vidutiniu-–-dideliu intersticinių priemaišų kiekiu (2 laipsnis, 4 laipsnis), kad išlaikytų stiprumą ir atsparumą valkšnumui, arba 7 laipsnis korozijai aukštoje{7}}temperatūroje. Esant žemai -temperatūros / kriogeniniam scenarijui, itin-mažos priemaišos (1 laipsnis, 2 laipsnis) yra privalomos, kad būtų užtikrintas puikus kietumas ir išvengta trapių lūžimų, o naudojant itin-šaltus darbus, taikoma griežta vandenilio kontrolė.