1. ออกซิเจน (O)
ผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกล: สิ่งเจือปนที่มีผลกระทบมากที่สุดสำหรับ CP Ti ออกซิเจนละลายในโครงตาข่ายไทเทเนียม ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิต (YS) ความต้านทานแรงดึง (TS) และความแข็ง ตัวอย่างเช่น:
เกรด 1 (O น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.18%): YS µ 170-280 MPa, TS µ 240-370 MPa;
เกรด 2 (O น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.25%): YS γ 275-485 MPa, TS γ 345-550 MPa
ปริมาณออกซิเจนที่สูงขึ้นจะช่วยเพิ่มความแข็งแรง แต่ลดความเหนียว (การยืดตัวและการลดลงของพื้นที่) และความเหนียว ทำให้วัสดุมีแนวโน้มที่จะแตกหักง่ายภายใต้การรับน้ำหนักแบบไดนามิก
ความต้านทานการกัดกร่อน: การเติมออกซิเจนเล็กน้อยช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนทั่วไปในสภาพแวดล้อมที่ไม่รุนแรง (เช่น อากาศ น้ำ) แต่อาจลดความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุน/รอยแยกในตัวกลางที่รุนแรง (เช่น สารละลายคลอไรด์) ที่ความเข้มข้นสูง
การประมวลผลผลกระทบ: เพิ่มความต้านทานการทำงานทั้งร้อน/เย็น โดยต้องใช้แรงขึ้นรูปที่สูงขึ้นหรืออุณหภูมิการอบอ่อนเพื่อรักษาความเหนียว
2. เหล็ก (เฟ)
คุณสมบัติทางกล: Acts as a substitutional solid solution strengthener. Fe (max 0.2% for Grade 1, 0.3% for Grade 2) increases strength and hardness moderately without severe ductility loss (compared to oxygen). Excess Fe (>0.5%) ก่อให้เกิดเฟสอินเตอร์เมทัลลิกที่เปราะ (เช่น TiFe) ซึ่งช่วยลดความเหนียวและการต้านทานความเมื่อยล้า
ความต้านทานการกัดกร่อน: ความเข้มข้นของ Fe ต่ำ (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.3%) มีผลกระทบน้อยที่สุด แต่ Fe ที่มากเกินไปจะส่งเสริมการกัดกร่อนของกัลวานิกในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์-อุดมสมบูรณ์ (เช่น น้ำทะเล) โดยการสร้างเซลล์ไมโครกัลวานิกระหว่าง Fe- การตกตะกอนอย่างเข้มข้นและเมทริกซ์ Ti
ความสามารถในการเชื่อม: Trace Fe ช่วยเพิ่มการไหลลื่นของสระเชื่อม แต่อาจเพิ่มความเสี่ยงของการแตกร้าวของรอยเชื่อมหากความเข้มข้นเกินข้อกำหนดที่กำหนด เนื่องจากอินเทอร์เมทัลลิกก่อตัวขึ้นในระหว่างการแข็งตัว
3. คาร์บอน (ซี)
คุณสมบัติทางกล: ละลายสิ่งของคั่นระหว่างหน้า เพิ่มความแข็งแรงและความแข็ง คาร์บอน (สูงสุด 0.08% สำหรับทั้งสองเกรด) มีผลในการเสริมความแข็งแรงน้อยกว่าออกซิเจน แต่จะทำให้ความเหนียวลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเกินขีดจำกัด C ที่มากเกินไปจะก่อให้เกิดตะกอน TiC ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรวมความเครียด ช่วยลดความเหนียวและความเมื่อยล้า
ความต้านทานการกัดกร่อน: ตะกอน TiC เป็นสารเฉื่อยทางเคมีไฟฟ้า แต่สามารถลดความต้านทานการกัดกร่อนของรอยแยกได้โดยการดักจับตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนไว้ที่ส่วนต่อประสานเมทริกซ์ของตะกอน-
ประสิทธิภาพอุณหภูมิสูง-: ปรับปรุงความต้านทานการคืบที่อุณหภูมิปานกลาง (300-500 องศา ) แต่ลดความเสถียรทางความร้อนที่สูงกว่า 500 องศา เนื่องจาก TiC ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้าง TiO₂ และ CO₂
4. ไนโตรเจน (N)
คุณสมบัติทางกล: A potent interstitial strengthener-even lower concentrations (max 0.03% for Grade 1, 0.05% for Grade 2) significantly increase strength and hardness. Excess N (>0.05%) ทำให้เกิดการสูญเสียความเหนียวและการเปราะอย่างรุนแรง เนื่องจากอะตอมของไนโตรเจนทำให้เกิดการบิดเบือนของโครงตาข่ายและก่อให้เกิดการตกตะกอนของ TiN
ความต้านทานการกัดกร่อน: Trace N ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง แต่ลดความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนในสารละลายคลอไรด์ที่เป็นกรดเมื่อความเข้มข้นเกินข้อกำหนด
การผลิต: เพิ่มความเปราะบาง ทำให้วัสดุไวต่อการแตกร้าวในระหว่างการเชื่อม การดัด หรือการตัดเฉือนหากไม่ได้อบอ่อนอย่างเหมาะสม
5. ไฮโดรเจน (เอช)
ผลกระทบร้ายแรง: การแตกตัวของไฮโดรเจน: สิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายที่สุดสำหรับ Ti ไฮโดรเจน (สูงสุด 0.015% สำหรับทั้งสองเกรด) จะละลายในช่องว่างที่ความเข้มข้นต่ำ แต่จะเกิดเฟสไฮไดรด์เปราะ (TiH₂) เมื่อเกิน ~0.02% ไฮไดรด์ทำให้เกิดการเปราะแตกอย่างรุนแรง ลดความเหนียว ความเหนียว และความต้านทานต่อความเหนื่อยล้า-แม้จะนำไปสู่ความเสียหายร้ายแรงภายใต้ความเครียดจากแรงดึงก็ตาม
ผลกระทบจากการกัดกร่อน: ไฮโดรเจนมักถูกดูดซับระหว่างการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือการเชื่อมด้วยอิเล็กโทรดที่ชื้น ช่วยเร่งการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC) ในตัวกลางที่มีคลอไรด์-
การบรรเทาผลกระทบ: การควบคุมปริมาณ H อย่างเข้มงวดและการอบอ่อนหลังการแปรรูป- (500-600 องศาเป็นเวลา 1-2 ชั่วโมง) เพื่อกำจัดไฮโดรเจนที่ดูดซับไว้
6. สารเจือปนอื่นๆ (เช่น ซิลิคอน อลูมิเนียม แมงกานีส)
ซิลิคอน (Si สูงสุด 0.1% สำหรับทั้งสองเกรด): ปรับปรุงความต้านทานต่อออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง-แต่อาจก่อตัวเป็นซิลิไซด์เปราะ (Ti₅Si₃) ที่ความเข้มข้นมากเกินไป ส่งผลให้ความเหนียวลดลง
อะลูมิเนียม (อัล สูงสุด 0.1%): Minimal impact on mechanical properties but enhances oxidation resistance at temperatures >600 องศา .
แมงกานีส (Mn, สูงสุด 0.05%): ผลกระทบเล็กน้อยต่อคุณสมบัติหากอยู่ภายในขีดจำกัด; ส่วนเกินอาจส่งเสริมการก่อตัวระหว่างโลหะ
สรุปผลกระทบหลักตามระดับ
ผลกระทบเชิงปฏิบัติสำหรับการใช้ในอุตสาหกรรม
ชั้นประถมศึกษาปีที่ 1: เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความเหนียวสูง ความสามารถในการขึ้นรูป หรือประสิทธิภาพการแช่แข็ง (เช่น ถังเคมี เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน อุปกรณ์ทางการแพทย์) เนื่องจากมีปริมาณสิ่งเจือปนต่ำ (O, Fe, N)
ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2: เกรด CP Ti ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ความแข็งแรงและความเหนียวที่สมดุลสำหรับงานวิศวกรรมทั่วไป การบินและอวกาศ และการใช้งานทางทะเล-ขีดจำกัดสิ่งเจือปนที่สูงขึ้นเล็กน้อย (เช่น O น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.25%, Fe น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.3%) ทำให้ต้นทุน-มีประสิทธิภาพในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพที่เพียงพอไว้
การควบคุมคุณภาพ: การปฏิบัติตาม ASTM B265 (มาตรฐานสำหรับแผ่น/แผ่น CP Ti) หรือข้อกำหนด AMS 4900/4901 ถือเป็นสิ่งสำคัญในการจำกัดสิ่งเจือปน เพื่อให้มั่นใจในคุณสมบัติที่สม่ำเสมอและความน่าเชื่อถือใน-การใช้งานขั้นสุดท้าย
