1. الأكسجين (O)
التأثير على الخواص الميكانيكية: الشوائب الأكثر تأثيرا لـ CP Ti. يذوب الأكسجين خلاليًا في شبكة التيتانيوم، مما يزيد من قوة الخضوع (YS)، وقوة الشد (TS)، والصلابة. على سبيل المثال:
الصف 1 (O أقل من أو يساوي 0.18٪): YS ≈ 170-280 ميجا باسكال، TS ≈ 240-370 ميجا باسكال؛
الصف 2 (O أقل من أو يساوي 0.25٪): YS ≈ 275-485 ميجا باسكال، TS ≈ 345-550 ميجا باسكال.
يعزز محتوى الأكسجين العالي القوة ولكنه يقلل من الليونة (الاستطالة وتقليل المساحة) والمتانة، مما يجعل المادة أكثر عرضة للكسر الهش تحت التحميل الديناميكي.
مقاومة التآكل: تعمل إضافة الأكسجين الطفيفة على تحسين مقاومة التآكل العام في البيئات المعتدلة (مثل الهواء والماء) ولكنها قد تقلل من مقاومة التآكل/الشق في الوسائط القاسية (مثل محاليل الكلوريد) بتركيزات عالية.
آثار المعالجة: يزيد من مقاومة العمل الساخنة والباردة، مما يتطلب قوى تشكيل أعلى أو درجات حرارة التلدين للحفاظ على الليونة.
2. الحديد (الحديد)
الخواص الميكانيكية: Acts as a substitutional solid solution strengthener. Fe (max 0.2% for Grade 1, 0.3% for Grade 2) increases strength and hardness moderately without severe ductility loss (compared to oxygen). Excess Fe (>0.5%) يشكل مراحل بين معدنية هشة (على سبيل المثال، TiFe)، مما يقلل من المتانة ومقاومة التعب.
مقاومة التآكل: تركيزات الحديد المنخفضة (أقل من أو تساوي 0.3%) لها تأثير ضئيل، لكن الحديد الزائد يعزز التآكل الجلفاني في البيئات الغنية بالكلوريد - (على سبيل المثال، مياه البحر) عن طريق إنشاء خلايا جلفانية دقيقة بين الرواسب الغنية بالحديد - ومصفوفة Ti.
قابلية اللحام: يعمل Trace Fe على تحسين سيولة حوض اللحام ولكنه قد يزيد من خطر تشقق اللحام إذا تجاوزت التركيزات المواصفات، حيث تتشكل الفلزات البينية أثناء التصلب.
3. الكربون (ج)
الخواص الميكانيكية: يذوب خلاليا، مما يزيد من القوة والصلابة. الكربون (بحد أقصى 0.08% لكلا الصفين) له تأثير تقوية أضعف من الأكسجين ولكنه يسبب انخفاضًا أكبر في الليونة عند تجاوز الحدود. يشكل C الزائد رواسب TiC، التي تعمل كمكثفات للإجهاد، مما يقلل من المتانة وعمر التعب.
مقاومة التآكل: تعتبر رواسب TiC خاملة كهروكيميائيًا ولكنها يمكن أن تقلل من مقاومة تآكل الشقوق عن طريق محاصرة الوسائط المسببة للتآكل عند واجهة مصفوفة الراسب.
أداء عالي في درجات الحرارة.-: يحسن مقاومة الزحف عند درجات الحرارة المعتدلة (300-500 درجة) ولكنه يقلل من الاستقرار الحراري فوق 500 درجة، حيث يتفاعل TiC مع الأكسجين لتكوين TiO2 وCO2.
4. النيتروجين (ن)
الخواص الميكانيكية: A potent interstitial strengthener-even lower concentrations (max 0.03% for Grade 1, 0.05% for Grade 2) significantly increase strength and hardness. Excess N (>0.05٪ يسبب فقدان شديد للليونة والتقصف، حيث أن ذرات النيتروجين تخلق تشوهًا شبكيًا وتشكل رواسب TiN.
مقاومة التآكل: يعمل Trace N على تعزيز مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة ولكنه يقلل من مقاومة التآكل في محاليل الكلوريد الحمضية عندما تتجاوز التركيزات المواصفات.
تلفيق: يزيد من الهشاشة، مما يجعل المادة أكثر عرضة للتشقق أثناء اللحام أو الثني أو التشغيل الآلي إذا لم يتم تلدينها بشكل صحيح.
5. الهيدروجين (ح)
التأثير الحاسم: تقصف الهيدروجين: الشوائب الأكثر ضررا لTi. يذوب الهيدروجين (بحد أقصى 0.015% لكلا الصفين) خلاليًا بتركيزات منخفضة ولكنه يشكل أطوار هيدريد هشة (TiH₂) عندما يتجاوز ~0.02%. تسبب الهيدريدات تقصفًا شديدًا، مما يقلل من الليونة والصلابة ومقاومة التعب-حتى يؤدي إلى فشل كارثي تحت إجهاد الشد.
آثار التآكل: يتم امتصاص الهيدروجين غالبًا أثناء التآكل في البيئات الحمضية أو اللحام بأقطاب كهربائية رطبة. فهو يعمل على تسريع عملية التكسير الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC) في الوسائط التي تحتوي على الكلوريد-.
التخفيف: رقابة صارمة على محتوى H والتليين بعد التصنيع (500-600 درجة لمدة 1-2 ساعة) لإزالة الهيدروجين الممتص.
6. الشوائب النزرة الأخرى (مثل السيليكون والألومنيوم والمنجنيز)
السيليكون (Si، بحد أقصى 0.1% لكلا الصفين): يحسن -مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية ولكنه قد يشكل مبيدات سيليكات هشة (Ti₅Si₃) بتركيزات زائدة، مما يقلل من المتانة.
الألومنيوم (Al، بحد أقصى 0.1%): Minimal impact on mechanical properties but enhances oxidation resistance at temperatures >600 درجة .
منغنيز (منغنيز، بحد أقصى 0.05%): تأثير ضئيل على الممتلكات إذا كان ضمن الحدود؛ الزائدة قد تعزز تشكيل المعادن.
ملخص التأثيرات الرئيسية حسب الدرجة
الآثار العملية للاستخدام الصناعي
الصف 1: يُفضل للتطبيقات التي تتطلب ليونة عالية، أو قابلية للتشكيل، أو أداء مبرد (مثل الخزانات الكيميائية، والمبادلات الحرارية، والمزروعات الطبية) بسبب محتواها المنخفض من الشوائب (O، Fe، N).
الصف 2: درجة CP Ti الأكثر استخدامًا، والتي تعمل على موازنة القوة والليونة في التطبيقات الهندسية العامة والفضاء والتطبيقات البحرية-فإن حدود الشوائب الأعلى قليلاً (على سبيل المثال، O أقل من أو تساوي 0.25%، Fe أقل من أو يساوي 0.3%) تجعلها فعالة من حيث التكلفة-مع الحفاظ على الأداء الكافي.
ضبط الجودة: يعد الالتزام بمواصفات ASTM B265 (معيار ورقة/لوحة CP Ti) أو مواصفات AMS 4900/4901 أمرًا بالغ الأهمية للحد من الشوائب، وضمان الخصائص المتسقة والموثوقية في تطبيقات الاستخدام النهائي-.
