1. Унутрашњи механизам стабилности високог{1}}притиска
Предност кристалне структуре: Комерцијално чист титанијум и већина легура титанијума имају хексагоналну (ХЦП) кристалну структуру на собној температури. Под високим хидростатичким притиском, ова густа кристална структура није склона фазном прелазу или колапсу решетке. За разлику од неких метала који пролазе кроз крте фазне прелазе под високим притиском, решетка титанијума само генерише уједначену еластичну компресију, без изазивања умножавања дислокација или покретања пукотина узрокованих неуједначеним напрезањем.
Ниска компресибилност: Титанијум има низак коефицијент компресије (масовни модул од приближно 110–120 ГПа). У дубоким{3}}морским срединама (притисак се повећава за ~0,1 МПа по метру дубине; нпр. дубина од 10.000 метара одговара притиску од ~1.000 МПа), скупљање запремине титанијумских материјала је минимално. Ова карактеристика ниске деформације осигурава да унутрашња расподела напрезања материјала остане уједначена, избегавајући деградацију механичких својстава услед прекомерне пластичне деформације.
Изузетна отпорност на корозију: Дубока{0}}морска вода садржи високе концентрације хлоридних јона, раствореног кисеоника и сулфатних јона, што може изазвати озбиљну корозију за већину метала. Титанијум на својој површини формира густ, самолечиви оксидни филм (ТиО₂), који је непропустан за морску воду и корозивне јоне. Ово спречава водоничну кртост, пуцање од корозије под напоном (СЦЦ) и питтинг корозије-које често доводе до изненадног механичког квара метала у дубоко-морским срединама. Без оштећења изазваних корозијом{7}}инхерентна механичка својства титанијума могу се стабилно одржавати.
2. Закон варијације механичких својстава под високим притиском
Снага: Висок хидростатички притисак делује као "фактор ограничења" за унутрашње кретање дислокације материјала. За комерцијално чист титанијум (нпр. Граде 2), затезна чврстоћа и граница течења се благо повећавају (за 5%–15%) под ултра-високим притиском (1000 МПа) у поређењу са амбијенталним притиском. За легуре титанијума велике{10}}врсте (нпр. Ти-6Ал-4В), повећање чврстоће је очигледније (10%–20%), јер притисак даље инхибира клизање дислокација у матрици легуре. Ово повећање чврстоће је реверзибилно – када се притисак ослободи, материјал се враћа на првобитни ниво чврстоће без трајних оштећења.
Чврстоћа и дуктилност: За разлику од неких метала који постају ломљиви под високим притиском, титанијумски материјали одржавају добру жилавост у дубоко-морским окружењима. Висок хидростатички притисак смањује склоност интергрануларном ломљењу и промовише уједначену пластичну деформацију материјала. На пример, издужење при ломљењу титанијума степена 2 смањује се само за 2%–3% под притиском од 1000 МПа, што је далеко ниже него код челичних материјала (који могу доживети смањење истезања за 10%–20% под истим притиском). Ово осигурава да компоненте од титанијума могу да издрже изненадна ударна оптерећења (нпр. подводни судар са стенама морског дна) без кртог лома.
Отпорност на умор: Дубокоморска-опрема је подложна дуготрајним-цикличним оптерећењима (нпр. таласне вибрације, рад опреме). Материјали од титанијума имају одличну отпорност на замор под високим притиском-њихова граница замора се смањује за мање од 10% под притиском од 1000 МПа, што је много боље од традиционалних поморских конструкцијских материјала као што је челик високе{9}}(смањење границе замора за 20%–30%). То је зато што окружење високог{13}}притиска смањује брзину ширења микропукотина у титанијуму, спречавајући ширење пукотина да доведе до превременог квара.
3. Кључни фактори који утичу на стабилност и практичне захтеве за примену
Температура{0}}Ефекат спајања притиска: Дубоко{0}}морско окружење често укључује ниске температуре (близу 0 степени) поред високог притиска. Комбинација ниске температуре и високог притиска мало ће повећати чврстоћу титанијума, али ће се дуктилност умерено смањити. На пример, титанијум 2. степена на 0 степени и 1.000 МПа има границу течења ~20% већу него на собној температури и атмосферском притиску, и смањење истезања од ~5%. Због тога, у ултра-дубоким-применама (преко 6.000 метара), неопходно је одабрати легуре титанијума са бољом жилавости на ниским-температурама (нпр. Ти-6Ал-4В ЕЛИ, екстра ниска интерстицијална).
Контрола величине зрна: Фино-материјали од титанијума са ситним зрном имају бољу-стабилност при високом притиску од оних крупнозрних{2}}. Фина зрна могу дисперговати концентрацију напрезања узроковану високим притиском, додатно побољшавајући жилавост материјала и отпорност на замор. Због тога се компоненте од дубоко-морског титанијума обично производе процесима као што су вруће ваљање и жарење да би се добила фино-зрнаста структура (величина зрна од 5–10 μм).
4. Практични случајеви примене
Дубоко{0}}морске подморнице: Структура трупа подморнице "Лимитинг Фацтор", која може да зарони до 11.000 метара, користи легуру Ти-6Ал-4В. Његове механичке особине остају стабилне под ултрависоким притиском од ~1.100 МПа, обезбеђујући структурни интегритет подводне машине.
Нафтоводи и гасоводи морског дна: Цевоводи од легуре титанијума се користе у-дубоким пољима нафте и гаса (дубина > 3.000 метара) за транспорт сирове нафте и природног гаса. Могу да издрже и висок притисак и корозију морске воде, са животним веком од преко 20 година.
У закључку, титанијумски материјали имају одличну стабилност механичких својстава под високим-морским{1}}окружењима високог притиска, што се приписује њиховој стабилној кристалној структури, ниској компресији и јакој отпорности на корозију. Уз разуман избор материјала и контролу процеса, они могу у потпуности да испуне захтеве ултра-у-инжењерских апликација за дубоко море.
