เกรดไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ที่เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิปานกลาง-ถึง-สูงและต่ำ-

ประสิทธิภาพของไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ (CP) ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงมาก (ปานกลาง-ถึง-สูงหรือแช่แข็ง) จะพิจารณาจากปริมาณสิ่งเจือปน ความเสถียรของโครงสร้างจุลภาค และคุณสมบัติทางกล เกรดไทเทเนียม CP ต่างๆ (ASTM เกรด 1-4 และเกรดเฉพาะทาง เช่น เกรด 7) มีความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับอุณหภูมิสุดขั้วได้อย่างชัดเจน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของระดับสิ่งเจือปนในสิ่งของคั่นกลางและแบบทดแทน ด้านล่างนี้คือการวิเคราะห์โดยละเอียดของการเลือกเกรดสำหรับสถานการณ์อุณหภูมิปานกลาง-ถึง-สูงและ-อุณหภูมิต่ำ พร้อมด้วยกลไกพื้นฐานและกรณีการใช้งาน

1. เกรดไทเทเนียม CP สำหรับสถานการณ์ที่มีอุณหภูมิสูงปานกลาง-ถึง-

การให้บริการที่อุณหภูมิปานกลาง-ถึง-สูงสำหรับ CP ไทเทเนียม โดยทั่วไปจะหมายถึงอุณหภูมิในการทำงานตั้งแต่200 องศาถึง 400 องศา(โดยทั่วไปอุณหภูมิที่สูงกว่า 400 องศาจะถูกครอบงำโดยโลหะผสมไทเทเนียม เนื่องจากไทเทเนียม CP จะสูญเสียความแข็งแกร่งและความต้านทานการคืบอย่างมีนัยสำคัญ) ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพหลักสำหรับกลุ่มผลิตภัณฑ์นี้ได้แก่:

การเก็บรักษาแรงดึงและความล้า

ความต้านทานต่อการเสียรูปของการคืบ (การไหลของพลาสติกช้าภายใต้ภาระที่ต่อเนื่อง)

ความเสถียรของโครงสร้างระดับจุลภาค (ไม่มีการเปลี่ยนเฟสหรือการแยกสารเจือปน)

ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน (ลดการก่อตัวของเกล็ด TiO₂ ที่เปราะ)

1.1 การเลือกเกรดที่เหมาะสมที่สุด: เกรด 2 และเกรด 4

ในบรรดาเกรดไทเทเนียม CP มาตรฐานชั้นประถมศึกษาปีที่ 2(0.25 % โดยน้ำหนัก O, 0.03 % โดยน้ำหนัก N, 0.08 % โดยน้ำหนัก C, 0.25 % Fe) และชั้นประถมศึกษาปีที่ 4(0.40 wt% O, 0.05 wt% N, 0.08 wt% C, 0.50 wt% Fe) เหมาะสมที่สุดสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงปานกลาง-ถึง- โดยเกรด 4 เป็นที่นิยมสำหรับอุณหภูมิที่สูงขึ้น (300–400 องศา ) และการใช้งานที่มีความเครียดสูงกว่า

1.1.1 ข้อดีหลักของเกรด 2 และเกรด 4

การรักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง: สิ่งเจือปนคั่นกลาง (ออกซิเจนและไนโตรเจน) ในเกรด 2 และเกรด 4 ก่อให้เกิดสารละลายของแข็งที่เสถียรใน - โครงตาข่ายไทเทเนียม ซึ่งต้านทานการอ่อนตัวของโครงตาข่ายที่ 200–300 องศา ที่ 300 องศา เกรด 4 จะคงความต้านทานแรงดึงสูงสุดของอุณหภูมิห้องไว้ได้ ~70%- (UTS, ~485 MPa ที่อุณหภูมิห้อง เทียบกับ ~340 MPa ที่ 300 องศา ) ในขณะที่เกรด 1 (ปริมาณออกซิเจนต่ำ 0.18 wt% O) คงไว้เพียง ~55% ของอุณหภูมิห้อง- UTS (~345 MPa ที่อุณหภูมิห้อง เทียบกับ ~190 MPa ที่ 300 องศา )

ต้านทานการคืบคลาน: การคืบคลานเป็นโหมดความล้มเหลวขั้นวิกฤติสำหรับวัสดุภายใต้ภาระที่ต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูง ปริมาณออกซิเจนที่สูงขึ้นของชั้นประถมศึกษาปีที่ 4 จะเพิ่มแรงเสียดทานของตาข่าย ชะลอการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ และลดความเครียดจากการคืบ ที่ 350 องศาและความเครียด 150 MPa ความเครียดจากการคืบของเกรด 4 หลังจาก 1,000 ชั่วโมงคือ ~0.2% เทียบกับ ~0.8% สำหรับเกรด 1 ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน

ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน: ทั้งชั้นประถมศึกษาปีที่ 2 และชั้นประถมศึกษาปีที่ 4 ก่อตัวเป็นชั้น TiO₂ ออกไซด์ที่มีการยึดเกาะหนาแน่นที่ 200–400 องศา ซึ่งทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการซึมผ่านของออกซิเจนเพิ่มเติม ปริมาณสารเจือปนที่สูงขึ้นเล็กน้อยของเกรด 4 ไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของชั้นออกไซด์ ในขณะที่เกรดสารเจือปนต่ำพิเศษ- (เช่น ระดับ 1) อาจก่อตัวเป็นออกไซด์ที่มีรูพรุนเนื่องจากความเสถียรของโครงตาข่ายที่ต่ำกว่า

1.1.2 เกรดเฉพาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง-: เกรด 7 (Ti-0.12Pd)

สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิปานกลาง-ถึง-สูงซึ่งมีตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนพร้อมกัน (เช่น คลอไรด์-ที่มีกระแสกระบวนการในโรงงานเคมีที่ทำงานที่อุณหภูมิ 250–350 องศา )ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7(เกรดไทเทเนียม CP ของแพลเลเดียม-ที่มี 0.12 wt% Pd, 0.20 wt% O, 0.03 wt% N) เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด แม้ว่าความแข็งแกร่งจะเทียบได้กับเกรด 2 แต่การเพิ่มแพลเลเดียม:

เพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนในการลดกรด (เช่น HCl) ที่อุณหภูมิสูง

ป้องกันการกัดกร่อนเฉพาะจุด (การกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก) ที่สามารถเร่งได้ด้วยอุณหภูมิสูง

รักษาเสถียรภาพของโครงสร้างจุลภาคได้สูงถึง 350 องศา โดยไม่เกิดเฟสระหว่างโลหะที่เปราะ

1.1.3 กรณีการสมัคร

การแปรรูปทางเคมี: เกรด 2 ใช้สำหรับท่อแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทำงานที่ 200–250 องศา ในขณะที่เกรด 4 ใช้สำหรับส่วนประกอบถังปฏิกรณ์ที่ 300–400 องศา

ระบบเสริมการบินและอวกาศ: เกรด 4 ใช้สำหรับสายไฮดรอลิกในห้องโดยสารของเครื่องยนต์อากาศยาน (ทำงานที่ 250–300 องศา ) เนื่องจากมีความต้านทานการคืบคลานและการรักษาความแข็งแรง

โรงงานแยกเกลือ: เกรด 7 ใช้สำหรับเครื่องทำความร้อนน้ำเกลือที่มีอุณหภูมิสูง- (250–300 องศา ) เพื่อต้านทานการกัดกร่อนของคลอไรด์และความล้าจากความร้อน

1.2 เกรดที่ควรหลีกเลี่ยงสำหรับอุณหภูมิปานกลาง-ถึง-

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 1: ปริมาณออกซิเจนต่ำเป็นพิเศษ-ส่งผลให้คงความแข็งแรงได้ไม่ดีและต้านทานการคืบคลานที่สูงกว่า 250 องศา ซึ่งทำให้ไม่เหมาะสมกับส่วนประกอบรับน้ำหนัก-ที่อุณหภูมิสูง

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 3: แม้ว่าประสิทธิภาพของมันจะอยู่ในระดับกลางระหว่างเกรด 2 และเกรด 4 แต่ก็ไม่ได้ให้ข้อได้เปรียบอย่างมีนัยสำคัญเหนือเกรด 2 (ต้นทุนต่ำกว่า) หรือเกรด 4 (ความแข็งแรงสูงกว่า) ส่งผลให้มีการใช้งานที่จำกัดในการใช้งานที่มีอุณหภูมิปานกลาง-ถึง-สูง

info-447-443 info-447-447

info-447-447 info-442-448

2. เกรดไทเทเนียม CP ที่มีความทนทานเหนือกว่าสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ-

บริการอุณหภูมิต่ำ- (ความเย็นเยือกแข็ง) สำหรับ CP ไทเทเนียมมักเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิจาก-20 องศา (ห้องเย็น) ลงไปถึง -269 องศา (อุณหภูมิฮีเลียมเหลว)- ข้อกำหนดหลักสำหรับช่วงนี้คือมีความเหนียวและความเหนียวแตกหักสูง(เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกหักแบบเปราะ) รวมถึงการรักษาความต้านทานแรงกระแทกและความต้านทานความเมื่อยล้าที่อุณหภูมิต่ำกว่า{0}}ศูนย์ ปริมาณสิ่งเจือปน โดยเฉพาะองค์ประกอบคั่นกลาง (ออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอน) เป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดความเหนียวของอุณหภูมิต่ำ- เนื่องจากองค์ประกอบเหล่านี้เพิ่มความเปราะบางของโครงตาข่าย

2.1 การเลือกเกรดที่เหมาะสมที่สุด: เกรด 1 และเกรด 2 (เกรด 1 เหมาะสําหรับอุณหภูมิต่ำพิเศษ-)

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 1(0.18 โดยน้ำหนัก% O, 0.03 โดยน้ำหนัก% N, 0.08 โดยน้ำหนัก% C, 0.20% โดยน้ำหนักของ Fe) และชั้นประถมศึกษาปีที่ 2เป็นตัวเลือกอันดับต้นๆ สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ- โดยเกรด 1 มีความทนทานสูงสุดเนื่องจากมีเนื้อหาเจือปนคั่นระหว่างหน้าน้อยที่สุด

2.1.1 ข้อได้เปรียบหลักของเกรด 1 สำหรับสภาวะไครโอเจนิก

ความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำ-เป็นพิเศษ: ที่ -196 องศา (อุณหภูมิไนโตรเจนเหลว) ระดับ 1 คงไว้ ~80% ของการยืดตัวที่อุณหภูมิห้อง (24–28% ที่อุณหภูมิห้อง เทียบกับ. 20–22% ที่ -196 องศา ) และ ~75% ของการลดพื้นที่ (30–35% ที่อุณหภูมิห้อง เทียบกับ. 25–28% ที่ -196 องศา ) ในทางตรงกันข้าม ชั้นประถมศึกษาปีที่ 4 (ปริมาณออกซิเจนสูง) มีการยืดตัวลดลง 40% ที่ -196 องศา (จาก 15% ที่อุณหภูมิห้องเป็น 9% ที่ -196 องศา)

มีความเหนียวแตกหักสูง: ความทนทานต่อการแตกหัก (KIC) เป็นตัวชี้วัดที่สำคัญสำหรับวัสดุไครโอเจนิก ชั้นประถมศึกษาปีที่ 1 มี KIC ที่ ~60 MPa·m¹/² ที่ -196 องศา ในขณะที่ KIC ของชั้นประถมศึกษาปีที่ 4 จะลดลงเหลือ ~35 MPa·m¹/² ที่อุณหภูมิเดียวกัน ปริมาณสิ่งเจือปนคั่นระหว่างหน้าต่ำในชั้นประถมศึกษาปีที่ 1 ช่วยลดความผิดเพี้ยนของโครงตาข่ายและกำจัดการก่อตัวของตะกอนที่เปราะ ทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปพลาสติกก่อนที่จะแตกหัก

ความต้านทานต่อความล้าจากอุณหภูมิต่ำ-: ที่ -100 องศา ขีดจำกัดความเหนื่อยล้าของเกรด 1 (รอบ 107 รอบ) อยู่ที่ ~170 MPa ซึ่งต่ำกว่าขีดจำกัดความล้าของอุณหภูมิห้องเพียง 5% (~180 MPa) เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว ระดับ 4 พบว่าขีดจำกัดความล้าลดลง 15% ที่ -100 องศา (จาก 150 MPa ที่อุณหภูมิห้องเป็น 127 MPa ที่ -100 องศา) เนื่องจากความเปราะบางที่เพิ่มขึ้น

2.1.2 เหตุผลในการหลีกเลี่ยง-เกรดที่ไม่บริสุทธิ์สูง (เกรด 3 และเกรด 4)

ปริมาณออกซิเจน/ไนโตรเจนที่สูงในเกรด 3 และเกรด 4 จะเพิ่มความแข็งของโครงตาข่าย และลดการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ที่อุณหภูมิต่ำ ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนจากการแตกหักแบบเหนียวเป็นการแตกหักแบบเปราะ

ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -100 องศา เกรดเหล่านี้อาจก่อตัวเป็นโซนเปราะเฉพาะที่ขอบเขตของเกรน ซึ่งสิ่งเจือปนคั่นระหว่างหน้าจะแยกออกจากกัน ทำให้เกิดการแตกหักอย่างกะทันหันภายใต้แรงกระแทกหรือภาระแบบวนรอบ

2.1.3 กรณีการสมัคร

ระบบก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG): เกรด 1 ใช้สำหรับซับถังเก็บ LNG และท่อส่ง (ทำงานที่ -162 องศา) เนื่องจากมีความเหนียวสูงและทนต่อความล้าจากการแช่แข็ง

อุปกรณ์ทางการแพทย์แบบไครโอเจนิกส์: เกรด 2 ใช้กับส่วนประกอบไนโตรเจนเหลว/ตู้แช่แข็งในอุปกรณ์สร้างภาพทางการแพทย์ (ทำงานที่ -80 องศา ถึง -196 องศา ) เพื่อให้สมดุลระหว่างความเหนียวและความแข็งแกร่งปานกลาง

ระบบเชื้อเพลิงแช่แข็งในอวกาศ: เกรด 1 ใช้สำหรับท่อเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลว (ทำงานที่ -253 องศา) เพื่อป้องกันความล้มเหลวเปราะภายใต้ภาระที่เย็นจัดและแรงสั่นสะเทือน

2.2 ข้อพิจารณาพิเศษ: การควบคุมไฮโดรเจนสำหรับเกรดไครโอเจนิก

แม้แต่ไฮโดรเจนปริมาณเล็กน้อย (>0.005 wt%) ในไทเทเนียม CP ก็สามารถสร้างตะกอน TiH₂ ที่เปราะได้ที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งลดความเหนียวลงอย่างมาก สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษ- (-200 องศาถึง -269 องศา )สุญญากาศ-อบอ่อนเกรด 1(ปริมาณไฮโดรเจน ＜0.003 wt%) เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อลดความเสี่ยงในการเกิดการเปราะของไฮโดรเจน

3. สรุปการเลือกเกรดสำหรับอุณหภูมิที่สูงมาก

สถานการณ์อุณหภูมิ	เกรดไทเทเนียม CP ที่เหมาะสมที่สุด	ตัวขับเคลื่อนประสิทธิภาพหลัก	การใช้งานทั่วไป
ปานกลาง-ถึง-สูง (200–400 องศา )	ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2, ชั้นประถมศึกษาปีที่ 4, ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7	การรักษาความแข็งแรง ความต้านทานการคืบ ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน/การกัดกร่อน	เครื่องปฏิกรณ์เคมี, สายไฮดรอลิกสำหรับการบินและอวกาศ, เครื่องทำความร้อนน้ำเกลือ
ต่ำ/แช่แข็ง (-20 องศาถึง -269 องศา)	ชั้นประถมศึกษาปีที่ 1 (ตัวเลือกแรก) ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2	ความเหนียวสูง ความเหนียวแตกหัก ความต้านทานความล้าที่อุณหภูมิต่ำ-	ระบบ LNG, อุปกรณ์ทางการแพทย์แบบแช่แข็ง, ท่อเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลว

โดยสรุป สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง-ถึง-ชอบเกรดไทเทเนียม CP ที่มีเนื้อหามีสิ่งเจือปนระหว่างหน้าปานกลาง-ถึง-สูง (เกรด 2, เกรด 4) สำหรับการรักษาความแข็งแรงและความต้านทานการคืบ หรือเกรด 7 สำหรับบริการที่อุณหภูมิสูง-ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน สำหรับสถานการณ์-อุณหภูมิ/ความเย็นเยือกแข็งต่ำ ต้องใช้เกรด-สิ่งเจือปนต่ำเป็นพิเศษ (เกรด 1, เกรด 2) เพื่อให้มั่นใจถึงความเหนียวที่เหนือกว่าและหลีกเลี่ยงการแตกหักที่เปราะ โดยมีการควบคุมไฮโดรเจนอย่างเข้มงวดสำหรับการใช้งานที่เย็นเป็นพิเศษ-