Các loại Titan nguyên chất thương mại phù hợp cho môi trường nhiệt độ trung bình-đến-Nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp-
1. Cấp CP Titanium cho các kịch bản nhiệt độ trung bình-đến{2}}cao
Duy trì độ bền kéo và độ bền mỏi
Khả năng chống biến dạng từ biến (dòng chảy dẻo chậm dưới tải trọng liên tục)
Ổn định vi cấu trúc (không biến đổi pha hoặc phân tách tạp chất)
Khả năng chống oxy hóa (giảm thiểu sự hình thành vảy TiO₂ giòn)
1.1 Lựa chọn lớp tối ưu: Lớp 2 và Lớp 4
1.1.1 Ưu điểm cốt lõi của lớp 2 và lớp 4
Duy trì sức mạnh ở nhiệt độ cao: Các tạp chất kẽ (oxy và nitơ) ở Cấp 2 và Cấp 4 tạo thành dung dịch rắn ổn định trong -mạng titan, chống lại sự làm mềm mạng ở 200–300 độ . Ở 300 độ, Cấp 4 duy trì ~70% độ bền kéo tối đa ở nhiệt độ phòng-(UTS, ~485 MPa ở nhiệt độ phòng so với ~340 MPa ở 300 độ ), trong khi Cấp 1 (hàm lượng oxy thấp, 0,18 wt% O) chỉ giữ lại ~55% nhiệt độ phòng-UTS (~345 MPa ở nhiệt độ phòng so với ~190 MPa ở nhiệt độ phòng). 300 độ).
Khả năng chống leo: Từ biến là dạng hư hỏng nghiêm trọng đối với vật liệu chịu tải kéo dài ở nhiệt độ cao. Hàm lượng oxy cao hơn của Lớp 4 làm tăng ma sát mạng, làm chậm chuyển động trật khớp và giảm sức căng của dây leo. Ở 350 độ và ứng suất 150 MPa, biến dạng dão của Lớp 4 sau 1000 giờ là ~0,2%, so với ~0,8% của Lớp 1 trong cùng điều kiện.
Chống oxy hóa: Cả Cấp 2 và Cấp 4 đều tạo thành lớp oxit TiO₂ dày đặc, bám dính ở nhiệt độ 200–400 độ, hoạt động như một rào cản ngăn oxy xâm nhập thêm. Hàm lượng tạp chất cao hơn một chút của Loại 4 không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của lớp oxit, trong khi các loại tạp chất cực thấp (ví dụ: Loại 1) có thể tạo thành các oxit xốp do độ ổn định mạng thấp hơn.
1.1.2 Cấp chuyên dụng cho môi trường ăn mòn ở nhiệt độ cao-: Cấp 7 (Ti-0,12Pd)
Tăng cường khả năng chống ăn mòn trong việc khử axit (ví dụ HCl) ở nhiệt độ cao
Ngăn chặn sự ăn mòn cục bộ (ăn mòn rỗ và kẽ hở) có thể bị tăng tốc bởi nhiệt độ cao
Duy trì sự ổn định cấu trúc vi mô lên đến 350 độ mà không hình thành các pha liên kim loại giòn
1.1.3 Các trường hợp ứng dụng
Xử lý hóa học: Cấp 2 được sử dụng cho các ống trao đổi nhiệt hoạt động ở nhiệt độ 200–250 độ, trong khi Cấp 4 được sử dụng cho các thành phần thùng lò phản ứng ở nhiệt độ 300–400 độ.
Hệ thống phụ trợ hàng không vũ trụ: Cấp 4 được sử dụng cho các đường thủy lực trong vỏ động cơ máy bay (hoạt động ở nhiệt độ 250–300 độ) do khả năng chống rão và duy trì độ bền của nó.
Nhà máy khử muối: Cấp 7 được sử dụng cho máy đun nước muối có nhiệt độ-cao (250–300 độ ) để chống ăn mòn clorua và mỏi nhiệt.
1.2 Các mức cần tránh ở nhiệt độ trung bình-đến{2}}cao
Lớp 1: Hàm lượng oxy cực thấp-của nó dẫn đến khả năng duy trì độ bền kém và khả năng chống rão trên 250 độ, khiến nó không phù hợp với các bộ phận chịu tải-ở nhiệt độ cao.
lớp 3: Mặc dù hiệu suất của nó ở mức trung bình giữa Cấp 2 và Cấp 4, nhưng nó không có lợi thế đáng kể so với Cấp 2 (chi phí thấp hơn) hoặc Cấp 4 (cường độ cao hơn), dẫn đến việc sử dụng hạn chế trong các ứng dụng nhiệt độ trung bình-đến-cao.
2. Cấp CP Titanium có độ bền vượt trội cho môi trường nhiệt độ-thấp
2.1 Lựa chọn cấp độ tối ưu: Cấp 1 và cấp 2 (Cấp 1 được ưu tiên cho Nhiệt độ cực thấp)
2.1.1 Ưu điểm cốt lõi của cấp 1 đối với điều kiện đông lạnh
Độ dẻo ở nhiệt độ-thấp đặc biệt: Ở -196 độ (nhiệt độ nitơ lỏng), Lớp 1 giữ lại ~80% độ giãn dài ở nhiệt độ phòng (24–28% ở nhiệt độ phòng so với. 20–22% ở -196 độ ) và ~75% mức giảm diện tích (30–35% ở nhiệt độ phòng so với. 25–28% ở -196 độ ). Ngược lại, Loại 4 (hàm lượng oxy cao) có độ giãn dài giảm 40% ở -196 độ (từ 15% ở nhiệt độ phòng xuống 9% ở -196 độ).
Độ bền gãy xương cao: Độ bền gãy xương (KIC) là một thước đo quan trọng đối với vật liệu đông lạnh. Lớp 1 có KIC ~60 MPa·m¹/² ở -196 độ, trong khi KIC của Lớp 4 giảm xuống ~35 MPa·m¹/² ở cùng nhiệt độ. Hàm lượng tạp chất kẽ thấp ở cấp 1 làm giảm biến dạng mạng và loại bỏ sự hình thành kết tủa giòn, cho phép biến dạng dẻo trước khi đứt.
Khả năng chống mệt mỏi ở nhiệt độ-thấp: Ở -100 độ , giới hạn mỏi của Lớp 1 (10⁷ chu kỳ) là ~170 MPa, chỉ thấp hơn 5% so với giới hạn mỏi ở nhiệt độ phòng (~180 MPa). Bằng cách so sánh, lớp 4 cho thấy giới hạn mỏi giảm 15% ở -100 độ (từ 150 MPa ở nhiệt độ phòng xuống 127 MPa ở -100 độ) do độ giòn tăng lên.
2.1.2 Lý do để tránh các loại tạp chất-cao (Cấp 3 và cấp 4)
Hàm lượng oxy/nitơ cao ở cấp 3 và cấp 4 làm tăng độ cứng của mạng và giảm độ linh động trật khớp ở nhiệt độ thấp, dẫn đến sự chuyển đổi từ gãy dẻo sang gãy giòn.
Ở nhiệt độ dưới -100 độ, các loại này có thể hình thành các vùng giòn cục bộ ở ranh giới hạt, nơi các tạp chất kẽ phân tách, gây ra đứt gãy đột ngột dưới tác động hoặc tải trọng theo chu kỳ.
2.1.3 Các trường hợp ứng dụng
Hệ thống khí tự nhiên hóa lỏng (LNG): Cấp 1 được sử dụng cho các ống lót bể chứa LNG và đường ống chuyển tải (hoạt động ở -162 độ) do có độ bền cao và khả năng chống mỏi do đông lạnh.
Thiết bị y tế đông lạnh: Cấp 2 được triển khai cho các thành phần nitơ lỏng/tủ đông trong thiết bị hình ảnh y tế (hoạt động ở nhiệt độ -80 độ đến -196 độ) để cân bằng độ bền và độ bền vừa phải.
Hệ thống nhiên liệu đông lạnh hàng không vũ trụ: Cấp 1 được sử dụng cho các đường ống nhiên liệu hydro lỏng (hoạt động ở -253 độ) để ngăn chặn hiện tượng gãy giòn dưới tải trọng cực lạnh và rung.
