محتوى الأكسجين من التيتانيوم من الدرجة الثانية - المعرفة

1. محتوى الأكسجين من التيتانيوم من الدرجة الثانية

يتم تعريف التيتانيوم من الدرجة الثانية (التيتانيوم النقي تجاريًا، UNS R50400) بحدود صارمة لمحتوى الأكسجين وفقًا للمعايير الدولية مثلأستم B348(للتيتانيوم وسبائك التيتانيوم) وأستم B265(لصفائح/ألواح التيتانيوم وسبائك التيتانيوم).

الحد الأقصى لمحتوى الأكسجين في التيتانيوم من الدرجة الثانية هو0.25% بالوزن.

يعد هذا الحد عامل تمييز رئيسي بين درجات النقاء-الأدنى (على سبيل المثال، الدرجة 1 بها الحد الأقصى لمحتوى الأكسجين بنسبة 0.18%) ودرجات القوة الأعلى- (على سبيل المثال، الدرجة 3 بها الحد الأقصى لمحتوى الأكسجين بنسبة 0.35%). يتم التحكم بالأكسجين عمدا كعنصر صناعة السبائك الخلالية لتحقيق التوازن بين الخواص الميكانيكية وقابلية المعالجة.

2. تأثيرات محتوى الأكسجين على قوة ومتانة التيتانيوم من الدرجة الثانية

يعمل الأكسجين كتعزيز العنصر الخلاليمن التيتانيوم النقي تجاريًا، ولكن محتواه له تأثير مقايضة-على القوة والمتانة:

التأثير على القوة

ضمن الحد القياسي (أقل من أو يساوي 0.25٪ بالوزن)، تؤدي الزيادة في محتوى الأكسجين إلى ارتفاع كبير في قوة التيتانيوم من الدرجة الثانية. وذلك لأن ذرات الأكسجين تحتل مواقع خلالية في البنية البلورية السداسية المغلقة (HCP) للتيتانيوم، مما يتسبب في تشويه الشبكة وإعاقة حركة الاضطرابات. ونتيجة لذلك، على حد سواءقوة الشدوقوة الخضوعزيادة متناسبة مع محتوى الأكسجين. على سبيل المثال، الدرجة 2 التي تحتوي على محتوى أكسجين عند الحد الأعلى (0.25%) عادةً ما تكون قوة خضوعها ~275 ميجا باسكال، في حين أن عينة الدرجة 2 التي تحتوي على محتوى أكسجين أقل (على سبيل المثال، 0.15%) قد يكون لها قوة خضوع تبلغ ~240 ميجا باسكال.

التأثير على المتانة

ويصاحب الزيادة في محتوى الأكسجين انخفاض في صلابة وليونة التيتانيوم من الدرجة الثانية. يزيد الأكسجين الزائد (الذي يقترب أو يتجاوز حد 0.25٪) من هشاشة المادة، حيث أن بنية الشبكة المشوهة تجعل من الصعب على المادة أن تتشوه لدنًا قبل الكسر. ويتجلى هذا في انخفاضاستطالة عند الاستراحةوتخفيض المساحة. على سبيل المثال، الدرجة الثانية التي تحتوي على أكسجين بنسبة 0.25% لها استطالة ~20-25%، في حين أن متغير الأكسجين الأقل-قد يكون له استطالة ~28-30%. وبعيدًا عن الحد القياسي، يمكن أن يسبب الأكسجين التقصف، مما يضر بشدة بمقاومة المادة للصدمات والتعب.

3. الخواص الميكانيكية للتيتانيوم من الدرجة الثانية عند درجات حرارة مختلفة

تعتمد الخواص الميكانيكية للتيتانيوم من الدرجة الثانية على درجة الحرارة-، حيث يتباين أدائها بشكل كبير عبر نطاقات درجات الحرارة المبردة ودرجات الحرارة المحيطة والمرتفعة. فيما يلي بيانات الخصائص الميكانيكية النموذجية (وفقًا لمعايير ASTM) للتيتانيوم من الدرجة الثانية في درجات الحرارة الشائعة:

درجة حرارة	قوة الشد (ميغاباسكال)	قوة الخضوع (ميجا باسكال)	الاستطالة عند الاستراحة (%)	معامل المرونة (GPa)
-270 درجة (مبردة)	550–600	480–520	15–20	110–115
-196 درجة (درجة حرارة النيتروجين السائل)	500–540	420–460	18–22	105–110
25 درجة (درجة الحرارة المحيطة)	450–500	275–310	20–25	100–105
100 درجة	400–440	240–270	22–28	95–100
200 درجة	380–420	220–250	25–30	90–95
300 درجة	350–390	200–230	28–32	85–90
400 درجة	320–360	180–210	30–35	80–85

ملاحظات أساسية حول درجة الحرارة-الأداء المرتبط:

درجات الحرارة المبردة (-270 درجة إلى -196 درجة): يُظهر التيتانيوم من الدرجة الثانية أداءً مبردًا ممتازًا-تزداد قوته بشكل ملحوظ مقارنة بدرجات الحرارة المحيطة، بينما يتم الحفاظ على الليونة عند مستوى معقول. وهذا يجعله مناسبًا لتطبيقات درجات الحرارة المنخفضة-مثل صهاريج تخزين الغاز السائل.

درجة الحرارة المحيطة (25 درجة): تحقق المادة مزيجًا متوازنًا من القوة والليونة، وهو الأساس لاستخدامها على نطاق واسع في المعالجة الكيميائية والهندسة البحرية والأجهزة الطبية.

درجات حرارة مرتفعة (100 درجة إلى 400 درجة): تتناقص القوة تدريجيا مع ارتفاع درجة الحرارة، ولكن الليونة تزيد قليلا. يمكن استخدام التيتانيوم من الدرجة 2 بشكل مستمر عند درجات حرارة تصل إلى 315 درجة؛ فوق 400 درجة، تنخفض مقاومتها للأكسدة وثباتها الميكانيكي بشكل حاد، مما يحد من خدمتها الطويلة الأمد -في البيئات ذات درجات الحرارة العالية-.