Prikladne komercijalno čiste vrste titana za okruženja srednje-do-visoke i niske-temperature
1. CP stupnjevi titana za scenarije srednje-do-visoke temperature
Zadržavanje vlačne i zamorne čvrstoće
Otpornost na deformacije puzanjem (sporo plastično tečenje pod trajnim opterećenjem)
Mikrostrukturna stabilnost (bez fazne transformacije ili segregacije nečistoća)
Otpornost na oksidaciju (minimizirano stvaranje lomljivih TiO₂ ljuskica)
1.1 Optimalan odabir razreda: stupanj 2 i stupanj 4
1.1.1 Osnovne prednosti razreda 2 i razreda 4
Zadržavanje čvrstoće na povišenim temperaturama: Intersticijske nečistoće (kisik i dušik) u stupnju 2 i stupnju 4 tvore stabilnu čvrstu otopinu u -rešetki titana, koja je otporna na omekšavanje rešetke na 200-300 stupnjeva. Na 300 stupnjeva, stupanj 4 zadržava ~70% krajnje vlačne čvrstoće na sobnoj-temperaturi (UTS, ~485 MPa na sobnoj temperaturi u odnosu na ~340 MPa na 300 stupnjeva), dok stupanj 1 (nizak sadržaj kisika, 0,18 wt% O) zadržava samo ~55% svoje UTS-temperature na sobnoj temperaturi (~345 MPa na sobnoj temperaturi u odnosu na ~190 MPa na 300 stupnjeva).
Otpornost na puzanje: Puzanje je kritični način kvara za materijale pod trajnim opterećenjem na povišenim temperaturama. Veći sadržaj kisika 4. stupnja povećava trenje rešetke, usporava kretanje dislokacija i smanjuje naprezanje puzanja. Pri 350 stupnjeva i naprezanju od 150 MPa, deformacija puzanja 4. stupnja nakon 1000 sati iznosi ~0,2%, u usporedbi s ~0,8% za 1. stupanj pod istim uvjetima.
Otpornost na oksidaciju: I stupanj 2 i stupanj 4 tvore gusti, prianjajući sloj TiO₂ oksida na 200–400 stupnjeva, koji djeluje kao prepreka daljnjem prodoru kisika. Nešto veći sadržaj nečistoća stupnja 4 ne ugrožava integritet oksidnog sloja, dok stupnjevi ultra-niskog sadržaja nečistoća (npr. stupanj 1) mogu stvoriti porozne okside zbog niže stabilnosti rešetke.
1.1.2 Specijalizirani stupanj za visoko-temperaturna korozivna okruženja: stupanj 7 (Ti-0,12Pd)
Povećava otpornost na koroziju u redukcijskim kiselinama (npr. HCl) na povišenim temperaturama
Sprječava lokaliziranu koroziju (rupičastu i pukotinsku koroziju) koju mogu ubrzati visoke temperature
Održava mikrostrukturnu stabilnost do 350 stupnjeva bez stvaranja lomljivih intermetalnih faza
1.1.3 Slučajevi primjene
Kemijska obrada: Razred 2 koristi se za cijevi izmjenjivača topline koje rade na 200-250 stupnjeva, dok se stupanj 4 koristi za komponente reaktorske posude na 300-400 stupnjeva.
Zrakoplovni pomoćni sustavi: Stupanj 4 koristi se za hidrauličke vodove u gondolama motora zrakoplova (koje rade na 250-300 stupnjeva) zbog svoje otpornosti na puzanje i zadržavanja čvrstoće.
Postrojenja za desalinizaciju: Stupanj 7 koristi se za visoko{1}}temperaturne grijače slane vode (250–300 stupnjeva) za otpornost na kloridnu koroziju i toplinski zamor.
1.2 Stupnjevi koje treba izbjegavati za srednje-do-visoke temperature
1. stupanj: Njegov ultra-nizak sadržaj kisika rezultira slabim zadržavanjem čvrstoće i otpornošću na puzanje iznad 250 stupnjeva, što ga čini neprikladnim za-nosive komponente na povišenim temperaturama.
3. stupanj: Iako je njegova izvedba srednja između stupnja 2 i stupnja 4, ne nudi značajnu prednost u odnosu na stupanj 2 (niža cijena) ili stupanj 4 (veća čvrstoća), što dovodi do ograničene upotrebe u primjenama srednje-do-visokih temperatura.
2. CP razredi titana vrhunske žilavosti za okruženja s niskim-temperaturama
2.1 Optimalan odabir stupnja: stupanj 1 i stupanj 2 (stupanj 1 je poželjan za ultra-niske temperature)
2.1.1 Osnovne prednosti stupnja 1 za kriogene uvjete
Iznimna duktilnost-na niskim temperaturama: Na -196 stupnjeva (temperatura tekućeg dušika), Grade 1 zadržava ~80% svog izduženja na sobnoj temperaturi (24–28% na sobnoj temperaturi naspram. 20–22% na -196 stupnjeva ) i ~75% svog smanjenja površine (30–35% na sobnoj temperaturi naspram. 25–28% na -196 stupnjeva ). Nasuprot tome, stupanj 4 (visok sadržaj kisika) doživljava pad istezanja od 40% na -196 stupnjeva (od 15% na sobnoj temperaturi do 9% na -196 stupnjeva).
Visoka otpornost na lom: Otpornost na lom (KIC) kritična je metrika za kriogene materijale. Stupanj 1 ima KIC od ~60 MPa·m¹/² na -196 stupnjeva, dok KIC stupnja 4 pada na ~35 MPa·m¹/² na istoj temperaturi. Nizak sadržaj intersticijske nečistoće u Grade 1 smanjuje izobličenje rešetke i eliminira stvaranje krhkog taloga, omogućujući plastičnu deformaciju prije loma.
Otpornost na niske-temperature umora: Na -100 stupnjeva, granica zamora stupnja 1 (10⁷ ciklusa) je ~170 MPa, samo 5% niže od granice zamora pri sobnoj temperaturi (~180 MPa). Stupanj 4, za usporedbu, pokazuje pad granice zamora od 15% na -100 stupnjeva (sa 150 MPa na sobnoj temperaturi na 127 MPa na -100 stupnjeva) zbog povećane lomljivosti.
2.1.2 Obrazloženje za izbjegavanje visokih-razina nečistoća (stupanj 3 i stupanj 4)
Visok sadržaj kisika/dušika u Grade 3 i Grade 4 povećava tvrdoću rešetke i smanjuje pokretljivost dislokacija na niskim temperaturama, što dovodi do prijelaza iz duktilnog u krti lom.
Na temperaturama ispod -100 stupnjeva, ove vrste mogu formirati lokalizirane lomljive zone na granicama zrna, gdje se međuprostorne nečistoće odvajaju, izazivajući iznenadni lom pod udarom ili cikličkim opterećenjem.
2.1.3 Slučajevi primjene
Sustavi ukapljenog prirodnog plina (LNG).: Grade 1 se koristi za obloge LNG spremnika za skladištenje i prijenosne cjevovode (koji rade na -162 stupnja) zbog svoje visoke žilavosti i otpornosti na kriogeni zamor.
Kriogena medicinska oprema: Razred 2 primjenjuje se za komponente tekućeg dušika/zamrzivača u medicinskim uređajima za snimanje (koji rade na -80 stupnjeva do -196 stupnjeva) radi ravnoteže žilavosti i umjerene čvrstoće.
Zrakoplovni kriogeni sustavi goriva: Stupanj 1 koristi se za vodove za gorivo s tekućim vodikom (koje rade na -253 stupnja) kako bi se spriječio krti kvar pod ekstremnom hladnoćom i vibracijskim opterećenjima.
