يعتبر التيتانيوم من الدرجة 7 (المسمى رسميًا بسبيكة Ti-Pd، التي تحتوي على 0.12–0.25% البلاديوم) أغلى بكثير من درجات التيتانيوم النقي التجاري (CP) (على سبيل المثال، الدرجات 1-4) والعديد من سبائك التيتانيوم الأخرى. وترجع تكلفتها المرتفعة إلى أربعة عوامل مترابطة تتعلق بهاتركيبة فريدة وتصنيع متخصص وأداء متميز وطلب السوق المتخصصة:
متطلبات صناعة السبائك والمعالجة المتخصصة: يتطلب إنتاج التيتانيوم من الدرجة 7 تحكمًا دقيقًا في تشتت البلاديوم لضمان مقاومة موحدة للتآكل عبر المادة. على عكس التيتانيوم CP، الذي يمكن معالجته باستخدام تقنيات الصهر القياسية، غالبًا ما يتطلب الصف 7إعادة صهر القوس الفراغي (VAR)أوذوبان شعاع الإلكترون (EBM)-عمليات متقدمة كثيفة الاستهلاك للطاقة-تزيل الشوائب وتضمن توزيع البلاديوم بالتساوي. تعمل هذه الطرق على زيادة وقت الإنتاج وتكاليف المعدات واستهلاك الطاقة مقارنة بمعالجة التيتانيوم الأساسية. بالإضافة إلى ذلك، يجب تصميم-المعالجة اللاحقة (على سبيل المثال، التلدين والتشكيل) للحفاظ على خصائص مقاومة التآكل-للسبائك، مما يضيف المزيد من التعقيد والتكلفة.
إن التطبيقات المتخصصة{0}} ذات المخاطر العالية تبرر الأسعار المتميزة: الدرجة السابعة ليست مادة "-لأغراض عامة"-بل تم تصميمها للبيئات شديدة العواقب-حيث قد يكون الفشل كارثيًا أو مكلفًا. تشمل التطبيقات الرئيسية ما يلي:
المعالجة الكيميائية: تتعامل الأوعية والأنابيب والصمامات مع الأحماض الساخنة والمركزة (مثل حمض الكبريتيك في إنتاج الأسمدة).
تصنيع الأدوية: معدات للتخليق الكيميائي-عالي النقاء (حيث يؤدي التلوث المعدني إلى إتلاف المنتجات).
تحلية المياه: المكونات المعرضة لمياه البحر التي تحتوي على نسبة عالية من الكلوريد (لتجنب التآكل).
في هذه القطاعات، تتجاوز تكلفة التوقف عن العمل أو الصيانة أو تلوث المنتج السعر الأولي للدرجة السابعة بكثير. يمكن للمصنعين الحصول على علاوة لأن الدرجة 7 تحل مشكلة حرجة (التآكل في الأحماض القاسية) التي لا يمكن لأي مادة أرخص (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم CP) معالجتها بشكل موثوق.
انخفاض حجم الإنتاج ومحدودية وفورات الحجم: على عكس-التيتانيوم CP ذو الحجم الكبير أو السبائك المستخدمة على نطاق واسع مثل Ti-6Al-4V، يتم إنتاج الدرجة 7 بكميات صغيرة نظرًا لتطبيقاتها المتخصصة. ويعني هذا الحجم المنخفض أن المنتجين لا يستطيعون الاستفادة من وفورات الحجم-وتنتشر التكاليف الثابتة (على سبيل المثال، الصيانة المتخصصة للأفران، ومراقبة جودة محتوى البلاديوم) عبر وحدات أقل، مما يؤدي إلى ارتفاع أسعار كل وحدة. هناك أيضًا منافسة أقل في إنتاج الدرجة السابعة، حيث أن عددًا قليلًا فقط من الشركات المصنعة (على سبيل المثال، TIMET، VSMPO-Avisma) لديها الخبرة اللازمة لإنتاجها باستمرار، مما يقلل من ضغط الأسعار.
تعتمد قوة الخضوع للتيتانيوم من الدرجة 7 على خصائصهالمزاج (حالة المعالجة الحرارية)والشكل (على سبيل المثال، الصفائح والألواح والقضبان)، ولكن معايير الصناعة (على سبيل المثال ASTM B265 لألواح/ألواح التيتانيوم، وASTM B348 لقضبان التيتانيوم) تحدد القيم الدنيا النموذجية للتطبيقات التجارية:
المزاج الصلب (الحالة الأكثر شيوعًا للصف السابع): الحد الأدنى لقوة الخضوع (0.2% قوة الخضوع المقابلة، معيار الصناعة لقياس الخضوع في المعادن) هو275 ميجا باسكال (40000 رطل لكل بوصة مربعة). من الناحية العملية، غالبًا ما يتجاوز الصف السابع الملدن هذا الحد الأدنى، حيث تتراوح القيم النموذجية من 275 إلى 415 ميجا باسكال (40.000 إلى 60.000 رطل لكل بوصة مربعة). يؤدي التلدين إلى تليين المادة قليلاً لتحسين قابلية التشكيل مع الحفاظ على مقاومتها للتآكل-وهو أمر بالغ الأهمية لتصنيع المكونات مثل الخزانات الكيميائية أو الأنابيب.
الأجواء الباردة-المضطربة (على سبيل المثال، H112، H111): يعمل العمل البارد (مثل الدرفلة والسحب) على زيادة قوة الخضوع عن طريق إدخال ضغوط داخلية في المعدن. بالنسبة للصف السابع من العمل البارد-، يمكن أن ترتفع مقاومة الخضوع إلى485–620 ميجا باسكال (70,000–90,000 رطل لكل بوصة مربعة)، على الرغم من أن هذه الحالات أقل شيوعًا لأن العمل البارد قد يقلل من الليونة ويتطلب معالجة ما بعد -دقيقة لتجنب المساس بمقاومة التآكل.
من المهم ملاحظة أن الشركات المصنعة المحددة قد توفر قيمًا لقوة الخضوع أعلى قليلاً من الحد الأدنى للجمعية الأمريكية لاختبار المواد، اعتمادًا على ضوابط المعالجة ومعايير الجودة الخاصة بها.
مثل مقاومة الخضوع، فإن قوة الشد (قوة الشد القصوى، UTS-أقصى ضغط يمكن أن تتحمله المادة قبل أن تنكسر) للتيتانيوم من الدرجة 7 يتم تحديدها وفقًا لمعايير الصناعة وتختلف باختلاف الحالة والشكل. المعيار الأكثر صلة بالصف التجاري 7 هوأستم B265(للورقة/اللوحة) وأستم B348(للأشرطة)، والتي تحدد الحد الأدنى من متطلبات UTS:
مزاج صلب: الحد الأدنى لقوة الشد النهائية للصف السابع هو485 ميجا باسكال (70000 رطل لكل بوصة مربعة). غالبًا ما تتجاوز القيم التجارية النموذجية هذا الحد الأدنى، حيث تتراوح من 485 إلى 655 ميجا باسكال (70.000 إلى 95.000 رطل لكل بوصة مربعة). هذا التوازن بين قوة الشد والليونة (الدرجة 7 الملدنة لديها حد أدنى للاستطالة بنسبة 20%، وفقًا لمعيار ASTM B265) يجعلها مناسبة للمكونات الهيكلية في المعالجة الكيميائية التي يجب أن تتحمل الضغط والبيئات المسببة للتآكل.
بارد-متوتر: يعمل العمل البارد على زيادة قوة الشد عن طريق محاذاة حبيبات المعدن وإدخال الاضطرابات. بالنسبة للصف السابع -المصنوع على البارد (على سبيل المثال، H112)، يمكن أن تصل قوة الشد القصوى690–825 ميجا باسكال (100000–119600 رطل لكل بوصة مربعة). ومع ذلك، كما هو الحال مع مقاومة الخضوع، فإن درجات حرارة العمل الباردة- تكون أقل شيوعًا في الدرجة 7 لأنها قد تقلل الليونة (يمكن أن تنخفض الاستطالة إلى 10–15%)-وهي مقايضة تكون مقبولة فقط للمكونات غير القابلة للتشكيل وعالية القوة-.
كما هو الحال مع قوة الخضوع، قد تختلف قيم قوة الشد الفعلية قليلاً بين الشركات المصنعة، ولكن جميع الدرجة 7 التجارية يجب أن تلبي أو تتجاوز الحد الأدنى من معايير ASTM UTS لضمان الاتساق والأداء في التطبيقات المهمة.
