Titan lớp 7, được chỉ định chính thức làTi-0.15pd. Nó thuộc loại titan không bị nhiễm (thay vì hợp kim titan đa yếu tố như Lớp 5 Ti-6AL-4V) nhưng được sửa đổi để giải quyết giới hạn quan trọng của Titan CP tiêu chuẩn: Kháng kém với ăn mòn cục bộ.
Điểm này được xác định theo các tiêu chuẩn ngành như ASTM B265 (đối với các tấm titan, tấm và dải), AMS 4928 (đặc điểm kỹ thuật vật liệu hàng không vũ trụ) và ISO 5832-7, phác thảo các yêu cầu sản xuất, thử nghiệm và hiệu suất của nó. Việc bổ sung palladi là sự khác biệt chính-IT giúp tăng cường khả năng của vật liệu để chịu được môi trường ăn mòn, đặc biệt là làm giảm các điều kiện như axit sunfuric, dung dịch clorua nóng, nước biển tù đọng và một số dòng quy trình hóa học.
Titan độ 7 vẫn giữ được lợi ích cốt lõi của titan CP, bao gồm mật độ thấp (khoảng 4,51 g/cm³, khoảng 60% mật độ thép), khả năng tương thích sinh học tuyệt vời (làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng y tế), khả năng định dạng tốt (nó có thể được làm việc lạnh, hàn và gia công bằng kỹ thuật phù hợp), và độ bền điều chỉnh. Các ứng dụng chính của nó là trong các ngành công nghiệp có khả năng chống ăn mòn là tối quan trọng, chẳng hạn như xử lý hóa học (lò phản ứng, bộ trao đổi nhiệt, van), kỹ thuật ngoài khơi và biển (thành phần dưới đất, ốc vít), dầu và khí (dụng cụ hạ cấp, thiết bị đầu giếng) và các thiết bị y tế. Nó cũng được sử dụng trong các hệ thống đông lạnh, vì các tính chất cơ học của nó vẫn ổn định ở nhiệt độ cực thấp (xuống đến -253 độ).
Thành phần hóa học của titan độ 7 được kiểm soát chặt chẽ bởi các tiêu chuẩn quốc tế (ví dụ: ASTM B265, ISO 5832-7) để đảm bảo hiệu suất nhất quán, đặc biệt là về khả năng chống ăn mòn và ổn định cơ học. Thành phần bị chi phối bởi titan, với palladi là nguyên tố hợp kim chính (và duy nhất có chủ ý), và một lượng tạp chất bị giới hạn nghiêm ngặt để tránh làm tổn hại đến các tính chất của vật liệu.
Phạm vi tiêu biểu và tối đa cho phép cho các thành phần chính của nó (theo tỷ lệ phần trăm trọng lượng) như sau:
Titanium (Ti):Kim loại cơ bản, chiếm phần còn lại của thành phần (khoảng 99,78, 99,88%). Hàm lượng titan cao này đảm bảo vật liệu giữ lại các đặc tính vốn có của titan cp, chẳng hạn như mật độ thấp và tính tương thích sinh học.
Palladi (PD):Yếu tố hợp kim quan trọng, hiện diện trong phạm vi 0,12 Hàng0,20%. Sự bổ sung nhỏ nhưng chính xác này là những gì phân biệt độ 7 với các lớp titan CP tiêu chuẩn (ví dụ: Lớp 2). Palladi hoạt động như một chất ổn định ăn mòn bằng cách thúc đẩy sự hình thành một lớp oxit thụ động ổn định hơn trên bề mặt titan-lớp này ngăn chặn sự ăn mòn cục bộ (như rỗ hoặc ăn mòn kẽ hở) trong môi trường giảm khắc nghiệt.
Sắt (Fe):Một tạp chất phổ biến, giới hạn ở mức tối đa 0,25%. Sắt dư thừa có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn và tăng độ giòn, do đó nồng độ của nó được kiểm soát nghiêm ngặt.
Carbon (c):Giới hạn ở mức tối đa 0,08%. Carbon có thể tạo thành cacbua với titan, có thể làm suy yếu vật liệu và giảm độ dẻo của nó, do đó nó được giữ ở mức thấp.
Nitơ (N):Giới hạn ở mức tối đa 0,05%. Nitơ có thể làm tăng sức mạnh nhưng cũng làm giảm độ dẻo và kháng ăn mòn, do đó, nội dung của nó bị hạn chế.
Hydrogen (H):Giới hạn ở mức tối đa 0,015%. Hydrogen rất bất lợi cho titan, vì nó có thể gây ra "sự hấp thụ hydro"-một hiện tượng làm cho vật liệu giòn và dễ bị nứt dưới căng thẳng. Do đó, kiểm soát chặt chẽ hydro là rất quan trọng đối với tính toàn vẹn cấu trúc.
Oxy (O):Giới hạn ở mức tối đa 0,20%. Oxy là một tạp chất phổ biến ở titan làm tăng một chút sức mạnh nhưng có thể làm giảm độ dẻo; Nồng độ của nó được cân bằng để duy trì tỷ lệ độ bền sức mạnh tốt.
Không có các yếu tố hợp kim có chủ ý nào khác có mặt trong thành phần Titanium-it Lớp 7 có chủ ý đơn giản để bảo tồn độ tinh khiết và tính tương thích sinh học của CP Titanium trong khi tận dụng paladi để tăng cường bảo vệ ăn mòn.
Các tính chất cơ học của titan độ 7 được thiết kế để cân bằng cường độ, độ dẻo và khả năng định dạng, trong khi vẫn giữ được khả năng chống ăn mòn được kích hoạt bởi palladi. Các tính chất này được đo trong điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ phòng, trừ khi có quy định khác) và được xác định theo các tiêu chuẩn như ASTM B265 và AMS 4928.
Độ bền kéo (UTS):Thông thường dao động từ 483 MPa đến 621 MPa (70.000 đến 90.000 psi). Sức mạnh vừa phải này cao hơn so với Titan CP Lớp 1 nhưng thấp hơn một chút so với Lớp 2, do hàm lượng oxy được kiểm soát và bổ sung paladi. Nó là đủ cho hầu hết các ứng dụng hóa học và các ứng dụng biển, trong đó nhu cầu sức mạnh được cân bằng với khả năng chống ăn mòn và khả năng định dạng.
Sức mạnh năng suất (bù 0,2%):Thông thường dao động từ 345 MPa đến 483 MPa (50.000 đến 70.000 psi). Sức mạnh năng suất là ứng suất mà tại đó vật liệu bắt đầu biến dạng vĩnh viễn; Phạm vi này đảm bảo rằng Lớp 7 có thể chịu được tải hoạt động mà không bị biến dạng quá mức.
Kéo dài khi nghỉ:Thông thường, 20 trận25% (đối với tấm hoặc tấm có độ dày lớn hơn hoặc bằng 1,6 mm). Độ giãn dài cao cho thấy độ dẻo tốt, có nghĩa là vật liệu có thể được kéo dài, uốn cong hoặc hình thành thành các hình dạng phức tạp mà không bị nứt-điều này rất quan trọng đối với các quy trình sản xuất như hàn, lăn và uốn.
Mô đun đàn hồi (mô đun của Young):Khoảng 110 GPa (16 x 10⁶ psi). Giá trị này tương tự như các loại Titanium CP khác và chỉ bằng một nửa mô đun thép, có nghĩa là Lớp 7 linh hoạt hơn khi ứng suất (hữu ích cho các ứng dụng khi cần giảm xóc rung hoặc độ lệch hạn chế).
Độ cứng:Thông thường, 150 Hàng180 HV (độ cứng của Vickers) hoặc 80 HR90 HRB (Rockwell B). Độ cứng vừa phải của nó đảm bảo nó không quá giòn và có thể được gia công bằng các công cụ thích hợp (ví dụ: các dụng cụ cắt cacbua), trong khi vẫn cung cấp khả năng chống mài mòn đủ cho môi trường không hấp dẫn.
Sức mạnh mệt mỏi:Ở chu kỳ 10⁷ (nhiệt độ phòng, tải hoàn toàn đảo ngược), Lớp 7 có cường độ mệt mỏi điển hình là 172 Hàng207 MPa (25.0003030.000 psi). Điều này làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng chịu tải lặp đi lặp lại hoặc tuần hoàn, chẳng hạn như ốc vít biển hoặc các thành phần quay trong máy bơm hóa học.
Tính chất đông lạnh:Không giống như một số kim loại, titan độ 7 vẫn giữ được độ dẻo và độ bền ở nhiệt độ cực thấp (xuống đến -253 độ). Độ bền kéo và sức mạnh năng suất của nó tăng nhẹ ở nhiệt độ đông lạnh, trong khi độ giãn dài vẫn còn cao làm cho nó lý tưởng cho các bể chứa lạnh hoặc các thành phần hàng không vũ trụ tiếp xúc với môi trường lạnh.
Đáng chú ý, các tính chất cơ học của Lớp 7 ít nhạy cảm hơn với xử lý nhiệt so với các loại titan hợp kim (ví dụ: Lớp 5), vì nó chủ yếu được sử dụng trong điều kiện ủ để tối đa hóa độ dẻo và kháng ăn mòn. Làm việc lạnh có thể làm tăng cường độ của nó (ví dụ, cường độ kéo lên tới 700 MPa) nhưng có thể làm giảm độ dẻo, vì vậy điều này chỉ được thực hiện cho các ứng dụng cường độ cao cụ thể.
Titan cấp 2 và độ 7 đều được phân loại là titan (CP) tinh khiết (CP), có nghĩa là chúng chủ yếu bao gồm titan với các yếu tố hợp kim tối thiểu, nhưng chúng khác nhau đáng kể về thành phần, kháng ăn mòn, tính chất cơ học và ứng dụng. Những khác biệt này phát sinh từ việc bổ sung Palladi vào lớp 7 có chủ ý, không có ở lớp 2. Dưới đây là sự phân chia chi tiết về sự khác biệt chính của họ:
Đầu tiên, trongThành phần hóa học, Lớp 2 là "tiêu chuẩn" CP Titanium không có phần tử hợp kim có chủ ý-thành phần của nó là 99,6%+ titan, với các tạp chất vi lượng (sắt nhỏ hơn hoặc bằng 0,30%, oxy nhỏ hơn hoặc bằng 0,25%so với 0,08%. Ngược lại, lớp 7 là mộtpalladi ổn địnhCP titan, chứa 0,12 pala0,20%palladi (yếu tố hợp kim có chủ ý duy nhất) ngoài các tạp chất theo dõi tương tự (với giới hạn chặt chẽ hơn một chút, ví dụ, sắt nhỏ hơn hoặc bằng 0,25%, oxy nhỏ hơn hoặc bằng 0,20%). Sự bổ sung palladi này là sự khác biệt cơ bản giữa hai loại.
Thứ hai,kháng ăn mònlà sự khác biệt có ảnh hưởng nhất. Lớp 2 cung cấp khả năng chống ăn mòn nói chung trong môi trường nhẹ, như không khí, nước ngọt, axit loãng (ví dụ, axit axetic) và hầu hết các chất lỏng cơ thể-Đây là lý do tại sao nó được sử dụng rộng rãi trong cấy ghép y tế (ví dụ, tấm xương) và các ứng dụng kiến trúc. Tuy nhiên, nó dễ bị tổn thương bởiĂn mòn cục bộ. Ngược lại, lớp 7 có sức đề kháng tăng cường đáng kể đối với các môi trường tích cực này: palladi sửa đổi lớp oxit bề mặt của titan, làm cho nó ổn định và chống lại sự cố hơn, ngay cả trong môi trường ăn mòn ứ đọng hoặc tập trung cao. Điều này làm cho Lớp 7 trở thành lựa chọn ưa thích để xử lý hóa học, ngoài khơi và các ứng dụng dầu khí nơi lớp 2 sẽ thất bại.
Thứ ba, của họtính chất cơ họcKhác nhau một chút, mặc dù cả hai đều được coi là "cường độ vừa phải" Titanium. Lớp có độ bền kéo cao hơn một chút (thường là 552 Mạnh689 MPa so với . 483 - 621 MPa cho độ 7) và cường độ năng suất (thường là 414. Tuy nhiên, lớp 7 cung cấp độ dẻo tốt hơn một chút (kéo dài 20 Ném25% so với . 18 - 22% cho lớp 2) trong điều kiện ủ, làm cho việc hình thành thành các hình dạng phức tạp dễ dàng hơn một chút. Cả hai lớp đều có mô đun đàn hồi tương tự (~ 110 GPa) và độ cứng (Lớp 2: 160 Ném190 HV; Lớp 7: 150 Ném180 HV), do đó, tính linh hoạt và khả năng gia công của chúng có thể so sánh với hầu hết các mục đích.
Cuối cùng,ứng dụng và chi phíphản ánh những khác biệt này. Lớp 2 là loại CP Titan được sử dụng rộng rãi nhất do sự cân bằng về chi phí, khả năng định dạng và kháng ăn mòn nói chung. Các ứng dụng của nó bao gồm cấy ghép y tế (ốc vít, tấm), hàng tiêu dùng (trường hợp đồng hồ, trang sức), ốp kiến trúc và thiết bị hóa học áp suất thấp. Lớp 7, do palladi được thêm vào (một kim loại hiếm và đắt tiền), tốn kém hơn đáng kể so với Lớp 2 (thường cao hơn 20% 50%, tùy thuộc vào điều kiện thị trường). Chi phí cao hơn của nó được chứng minh bằng khả năng chống ăn mòn vượt trội, do đó, nó được dành riêng cho các ứng dụng cổ phần cao: lò phản ứng xử lý hóa học, bộ trao đổi nhiệt, các thành phần biển dưới đất, dụng cụ hạ cấp dầu và khí và các thiết bị y tế tiếp xúc với chất lỏng cơ thể ăn mòn (EG, bơm cấy).
Tóm lại, trong khi Lớp 2 là một CP Titan linh hoạt, hiệu quả về chi phí cho môi trường nhẹ, Lớp 7 là một biến thể chuyên biệt, chống ăn mòn được tối ưu hóa để giảm thiểu điều kiện khắc nghiệt-với việc bổ sung palladi là yếu tố cốt lõi thúc đẩy tất cả các khác biệt khác.
