1. Комерцијално чист (ЦП) титанијум 3 и 4 степена су дефинисани повећаним садржајем кисеоника и гвожђа. Како се садржај овог међупросторног елемента директно преводи на њихова механичка својства и која је примарна размена перформанси-између веће чврстоће и могућности израде?
Механичка својства комерцијално чистог (ЦП) титанијума нису регулисана легирањем у традиционалном смислу, већ концентрацијом интерстицијалних елемената-првенствено кисеоника (О) и секундарно гвожђа (Фе). Ови мали атоми се уклапају у просторе између већих атома титанијума у кристалној решетки, стварајући напрезање решетке.
Оцена 3 (УНС Р50500): Садржи ниже нивое кисеоника и гвожђа. Сматра се ЦП титанијумом средње{3}}врсте.
Степен 4 (УНС Р50700): Има највећи дозвољени садржај кисеоника и гвожђа међу ЦП разредима, што га чини најјачим.
Директан превод на механичка својства:
Повећани транзитивни садржај делује као моћан чврсти{0}}појачивач раствора. Како нивои кисеоника и гвожђа расту са Гр3 на Гр4:
Повећање затезне и чврстоће течења: Напрезање решетке узроковано интерстицијалима омета кретање дислокација (дефекти у кристалној структури), отежавајући пластично деформисање метала. Ово резултира већом снагом.
Смањење дуктилности и отпорности на лом: Ово је критична{0}}замена. Иста деформација решетке која обезбеђује чврстоћу такође смањује способност материјала да се подвргне пластичној деформацији пре лома. Сходно томе, Граде 4 има већу чврстоћу, али нижу дуктилност (издужење) и ударну жилавост у поређењу са Градом 3.
Промена могућности израде-офф:
Ово смањење дуктилности директно утиче на могућност израде:
Степен 3 је попустљивији за хладно савијање, ширење и друге операције формирања. Његова већа дуктилност омогућава му да издржи више деформација без пуцања.
Степен 4, иако се још може обликовати, захтева пажљивије руковање током производње. Процеси попут хладног савијања могу захтевати веће радијусе савијања, а постоји и већи ризик од пуцања када се материјал обрађује агресивно. Често има користи од техника врућег обликовања за сложене облике.
Укратко: Изаберите Граде 3 за апликације које захтевају оптималну формабилност и жилавост; изаберите Граде 4 када је потребна максимална чврстоћа од ЦП титанијума и процес производње може да прилагоди његову нижу дуктилност.
2. За систем цеви за хлађење морском водом, ЦП титанијум (Гр2/Гр3) се често бира уместо нерђајућег челика. Које је основно електрохемијско својство које чини титанијум практично имуним на корозију у облику пукотина у хлоридима, чак и на повишеним температурама?
Основно својство је изузетно висока отпорност титанијума на локализовану корозију, вођена природом његовог пасивног филма.
Пасивни филм: Након излагања ваздуху или влази, титанијум тренутно формира густ, приањајући и континуирани заштитни слој титанијум диоксида (ТиО₂). Овај оксидни филм је изузетно стабилан и веома нерастворљив у широком спектру окружења, укључујући слане растворе{1}}богате хлоридима.
Потенцијал разбијања (потенцијал питинга): У електрохемијском смислу, сваки метал има карактеристичан „потенцијал јаме“ (Е_пит) у датом окружењу. Питинг корозија почиње када примењени потенцијал премаши ову вредност. Потенцијал питтинг титанијума у растворима хлорида је изузетно висок, често изнад потенцијала за разлагање воде (еволуција кисеоника). То значи да у већини практичних примена газиране морске воде, електрохемијски потенцијал никада не достигне довољно висок ниво да разбије ТиО₂ филм.
Репасивација: Чак и ако је филм механички оштећен (нпр. огреботина или абразивних честица), он се скоро тренутно реформише у присуству воде или ваздуха, зарастајући пукотину пре него што може доћи до значајне корозије.
Ово понашање је у оштрој супротности са нерђајућим челиком. Док нерђајући челици такође формирају пасивни филм (Цр₂О₃), он је подложан разградњи хлоридним јонима при много нижим потенцијалима, што доводи до корозије удубљења и пукотина, посебно у топлој, стајаћој морској води. Непропусни оксидни филм од титанијума чини га материјалом који се користи за коришћење морске воде, измењиваче топлоте и апликације на мору где би нерђајући челик покварио.
3. Ти-6Ал-4В (Граде 5) цевоводи су специфицирани за ваздухопловне системе-високог притиска. Које су две-фазне микроструктурне компоненте (алфа и бета) и како ова микроструктура обезбеђује супериорни однос снаге и тежине и перформансе замора у поређењу са ЦП разредима?
Степен 5 је алфа-бета легура, што значи да се њена микроструктура на собној температури састоји од мешавине две фазе:
Алфа ( ) фаза: Хексагонална тесно{0}}пакована (ХЦП) кристална структура. Ова фаза је стабилна, пружа добру отпорност на пузање и одређује основну чврстоћу легуре и отпорност на корозију.
Бета ( ) фаза: Кубна (БЦЦ) кристална структура са -центром. Ова фаза обезбеђује побољшану дуктилност, формабилност и, што је најважније, способност да се легура ојача топлотном обрадом.
Врхунски однос снаге-према-тежини:
Додатак 6% алуминијума (алфа стабилизатор) и 4% ванадијума (бета стабилизатор) ствара много јачи чврсти раствор од интерстицијалног ојачања у ЦП титанијуму.
Што је још важније, 5. степен може да се термички-третира (третира раствором и одлежи). Овај процес таложи фине честице алфа фазе унутар матрице бета фазе, стварајући огромне унутрашње препреке за кретање дислокација. Ово очвршћавање на падавинама може повећати затезну чврстоћу разреда 5 на преко 1000 МПа, у поређењу са максималним ~550 МПа за титанијум степена 4 ЦП.
Ово значајно повећање чврстоће се постиже само са минималним повећањем густине. Добијени однос снаге-и-тежине је највећи међу три разреда, што га чини идеалним за{3}}критичне ваздушне хидрауличне водове и системе горива.
Побољшане перформансе умора:
Отказивање замора је резултат цикличног оптерећења. Фина, диспергована двофазна-микроструктура правилно термички{2}}третиране цеви разреда 5 је веома ефикасна у:
Спречавање микро-прслина: Интерфејс између алфа и бета фазе може да отупи или заустави растуће заморне пукотине.
Расподела напрезања: Мешавина јаче, ломљивије фазе (алфа) са чвршћом, дуктилнијом фазом (бета) ствара композитну{0}}структуру која боље подноси циклична напрезања.
ЦП титанијум, са својом једно-фазном (све алфа) микроструктуром, има добру отпорност на замор, али не може да се подудара са оптимизованом, фино{1}}зрнатом алфа-бета структуром степена 5 за најзахтевније примене високог{4}}циклуса.
4. Заваривање је критичан процес спајања титанијумских цеви. Који је најважнији процесни захтев током заваривања свих врста титанијума, и који специфични дефект настаје ако се овај захтев не испуни?
Најважнији захтев је употреба изузетно строгог и-система за заштиту од инертног гаса високе чистоће за заштиту растопљеног завареног базена и суседне зоне{1}}захваћене топлотом (ХАЗ) од атмосферске контаминације.
Титанијум има веома висок афинитет за кисеоник, азот и водоник, посебно на температурама изнад 500 степени (930 степени Ф). Ако није заштићен, лако ће апсорбовати ове елементе из ваздуха.
Специфични недостатак: кртост
Апсорпција ових интерстицијских елемената доводи до озбиљног кртљења завареног споја, што се манифестује као:
Контаминација кисеоником и азотом: Ови елементи се растварају интерстицијално у решетки титанијума, изазивајући драматично повећање чврстоће и катастрофалан губитак дуктилности и жилавости. Метал шава и обезбојени ХАЗ (који изгледају плави, љубичасти или бели) постају тврди и ломљиви.
Контаминација водоником: Водоник може довести до стварања крхких хидрида унутар микроструктуре, додатно смањујући жилавост лома и потенцијално изазивајући одложено пуцање сатима или данима након заваривања.
Пракса заштите:
Ово захтева далеко ригорознији протокол заштите него за нерђајући челик:
Примарна заштита: Аргон-високе чистоће (или мешавина хелијума/аргона) из горионика за заваривање.
Траилинг Схиелдинг: Продужени ток инертног гаса преко вруће, очвршћавајуће заварене перле све док се не охлади испод ~400 степени.
Прочишћавање позади: Унутрашњост цеви мора бити прочишћена аргоном да би се заштитио корен вара од оксидације. Чистоћа унутрашње атмосфере се често проверава помоћу мерача кисеоника пре почетка заваривања.
Завар који показује било какву промену боје изван светле сламнате боје сматра се потенцијално контаминираним и може бити одбачен, јер промена боје указује на формирање оксида и интерстицијално подизање.
5. У индустрији хемијске прераде, мора се донети одлука између цеви ЦП Граде 4 и Граде 5 за руковање врућом, оксидирајућом киселином. Које кључно својство отпорности на корозију разликује ово двоје и зашто би „слабији“ ЦП разред могао бити прикладнији избор?
Кључно својство разликовања је општа отпорност на корозију у оксидирајућим медијима, а комерцијално чист (ЦП) титанијум често надмашује Граде 5 у овим специфичним окружењима.
Разлог: Галванска корозија унутар микроструктуре
ЦП титанијум (1-4 степена): Има једнофазну (алфа) микроструктуру. Хомоген је, при чему сва зрна имају исти електрохемијски потенцијал. Ова хомогеност промовише формирање униформног, стабилног ТиО₂ пасивног филма.
Степен 5 (Ти-6Ал-4В): Има дво-фазну (алфа-бета) микроструктуру. Алфа и бета фаза имају незнатно различите хемијске саставе и, према томе, мало различите електрохемијске потенцијале. Ово ствара ризик од микрогалванске корозије у ХАЗ шаву или у основном металу под одређеним условима.
У јако оксидирајућој киселини (нпр. азотна киселина, хромна киселина), потенцијал се покреће у регион где је филм ТиО₂ стабилан. За хомогени ЦП титанијум, ово резултира одличном, уједначеном пасивношћу. Међутим, у степену 5, мање{5}}племенита бета фаза може бити селективно нападнута на алфа-бета границама, што доводи до преференцијалне корозије. Алуминијум степена 5 такође може смањити отпорност на корозију у неким алкалијама.
Зашто је "слабији" ЦП разред често бољи избор:
Иако је степен 5 јачи, његова снага није увек примарни захтев за стационарну цев. За цев за хемијски процес који рукује врућим, оксидирајућим киселинама, најважнија брига је уједначена отпорност на корозију и дуготрајни- интегритет. ЦП Граде 4 обезбеђује довољну механичку чврстоћу за већину примена цевовода и нуди супериорну, предвидљивију и поузданију отпорност на корозију у овим специфичним окружењима због своје микроструктурне хомогености.
Смерница за избор: За не-оксидирајуће или редукујуће киселине, обе могу да имају лош учинак. Али за оксидирајуће средине, ЦП Граде 4 је типично отпорнији на корозију-и самим тим сигурнији избор. Оцена 5 је резервисана за примене у којима је апсолутно неопходна његова супериорна снага-од-тежине и отпорност на замор, као што су системи високог{8}}притиска или вибрирајући, под условом да се верификује његов учинак корозије у специфичном току процеса.
