أداء القوة والصلابة للتيتانيوم النقي تجاريًا ومدى ملاءمته للتطبيقات الهيكلية ذات الأحمال الثقيلة
يُظهر التيتانيوم النقي تجاريًا (CP-Ti، المُصنف عادةً إلى درجات مثل الدرجة 1 إلى الدرجة 4 استنادًا إلى محتوى الشوائب ومستوى الأكسجين) ملف تعريف قوة وصلابة مميزًا يختلف باختلاف درجته.
من ناحيةصلابة، نظرًا لأن-CP-Ti عمومًا لديه صلابة برينل (HB) تتراوح من 80 إلى 150. الدرجة 1 (الدرجة الأكثر ليونة والأدنى-درجة قوة) تبلغ HB حوالي 80–100، في حين أن الدرجة 4 (أعلى-قوة بين الدرجات التجارية النقية) يمكن أن تصل إلى HB من 130–150، وهو أقل بشكل ملحوظ من الفولاذ عالي القوة-(على سبيل المثال، سبائك الفولاذ المسقية والمقساة التي تحتوي على HB غالبًا ما تتجاوز 300) أو سبائك التيتانيوم (مثل Ti-6Al-4V مع HB حوالي 300).
لقوة الشد، درجة 1 CP-Ti لديه قوة خضوع تبلغ حوالي 170–240 ميجا باسكال وقوة شد نهائية تبلغ 240–300 ميجا باسكال؛ الدرجة 4 CP-Ti، مع محتوى الأكسجين العالي (عنصر تقوية المحلول الصلب-)، يحقق قوة إنتاج تبلغ 480-550 ميجا باسكال وقوة شد نهائية تبلغ 550-620 ميجا باسكال. ومع ذلك، فحتى أقوى درجات التيتانيوم النقي تجاريًا لا تلبي المتطلبات الميكانيكية لهياكل الأحمال الثقيلة-. تتطلب مكونات الأحمال الثقيلة- (على سبيل المثال، عوارض الجسور وإطارات الآلات الثقيلة والهياكل الحاملة للحمل الرئيسي-الفضائي) قوة خضوع أعلى من 600 ميجا باسكال ومقاومة إجهاد ممتازة تحت الأحمال الدورية. CP-القوة المطلقة المنخفضة نسبيًا لـ Ti، إلى جانب معامل المرونة المنخفض (حوالي 110 جيجا باسكال، أي ما يقرب من نصف مثيله في الفولاذ)، تؤدي إلى تشوه مرن مفرط تحت الأحمال الثقيلة، مما يضر بالاستقرار الهيكلي ودقة الأبعاد. هكذا،لا يمكن للتيتانيوم النقي تجاريًا تلبية متطلبات -التطبيقات الهيكلية ذات الأحمال الثقيلة; بدلاً من ذلك، يُفضل استخدام سبائك التيتانيوم (على سبيل المثال، Ti-6Al-4V مع قوة خضوع تزيد عن 860 ميجا باسكال) أو الفولاذ عالي القوة لمثل هذه السيناريوهات.
اللدونة ومتانة التيتانيوم النقي تجاريًا وسلوك هشاشته عند درجات حرارة منخفضة
يتميز التيتانيوم النقي تجاريًا بأنه ممتازاللدونة والمتانةفي نطاق خدمة درجة الحرارة المحيطة-. في حالة التلدين، يمكن لـ CP-Ti من الدرجة الأولى تحقيق استطالة عند الكسر بنسبة 20%-30% وتقليل المساحة بنسبة 40%-60%، مما يتيح السحب العميق، والحدادة، وعمليات التشكيل المعقدة الأخرى دون تشقق. درجة 4 CP-Ti، على الرغم من قوتها العالية، لا يزال يحافظ على استطالة محترمة تتراوح بين 10%-15%، مما يوازن بين القوة وقابلية التشكيل. فيما يتعلق بالمتانة، يتمتع CP-Ti بصلابة عالية للكسر (KIC) تبلغ 50-80 ميجاباسكال^(1/2) في الحالة الصلبة، وهو أعلى بكثير من العديد من السبائك الهشة ويضمن مقاومة الكسر الهش المفاجئ تحت التأثير أو الأحمال الديناميكية.
فيما يتعلق بالأداء فيدرجات حرارة منخفضة، لا يُظهر التيتانيوم النقي تجاريًا هشاشة باردة، وهي ميزة مهمة مقارنة بالفولاذ الكربوني (الذي يميل إلى أن يصبح هشًا تحت درجة حرارة التحول الهشة- القابلة للطرق، عادةً حوالي -20 درجة إلى -40 درجة ). CP-Ti يحتفظ بمرونة وصلابة جيدة حتى في درجات الحرارة المنخفضة للغاية (مثل درجات الحرارة المبردة التي تبلغ -253 درجة، بالقرب من نقطة غليان الهيدروجين السائل). على سبيل المثال، عند -196 درجة (درجة حرارة النيتروجين السائل)، لا يزال الصف 2 CP-Ti يحافظ على استطالة تزيد عن 15% ولا يظهر أي انخفاض كبير في متانة التأثير. يُعزى ذلك إلى البنية البلورية السداسية المغلقة (HCP) للتيتانيوم، والتي، على الرغم من وجود أنظمة انزلاق أقل من المعادن المكعبة المتمحورة حول الجسم (BCC) في درجة حرارة الغرفة، فإنها تخضع لحركة خلع معززة وقدرة تشوه عند درجات حرارة منخفضة دون آلية التقصف التي تظهر في فولاذ BCC (على سبيل المثال، الفصل بين حدود الحبوب أو كسر الانقسام). لذلك،ولن يصبح التيتانيوم النقي تجاريًا هشًا في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة-.ويستخدم على نطاق واسع في الهندسة المبردة، مثل معدات تخزين ونقل الغاز الطبيعي السائل (LNG) والمكونات المبردة الفضائية.
