Graad 2 titanium (commercieel zuiver titanium, UNS R50400) wordt gedefinieerd door strikte zuurstofgehaltelimieten in overeenstemming met internationale normen zoalsASTM B348(voor staven van titanium en titaniumlegering) enASTM B265(voor platen/platen van titanium en titaniumlegeringen).
Het maximale zuurstofgehalte van titanium van klasse 2 is0,25% op gewichtsbasis.
Deze limiet is een belangrijke onderscheidende factor ten opzichte van lagere-zuiverheidsklassen (bijv. Graad 1 heeft een maximaal zuurstofgehalte van 0,18%) en hogere-sterkteklassen (bijv. Graad 3 heeft een maximaal zuurstofgehalte van 0,35%). Zuurstof wordt opzettelijk gecontroleerd als interstitiële legeringselement om de mechanische eigenschappen en verwerkbaarheid in evenwicht te brengen.
Zuurstof fungeert als eenversterkend interstitiële elementin commercieel zuiver titanium, maar de inhoud ervan heeft een wisselwerking-met de sterkte en taaiheid:
Impact op kracht
Binnen de standaardlimiet (minder dan of gelijk aan 0,25 gew.%) leidt een toename van het zuurstofgehalte tot een aanzienlijke toename van de sterkte van klasse 2 titanium. Dit komt omdat zuurstofatomen interstitiële plaatsen innemen in de hexagonale, dicht opeengepakte (HCP) kristalstructuur van titanium, waardoor roostervervorming ontstaat en de beweging van dislocaties wordt belemmerd. Als gevolg hiervan beidetreksterkteEnvloeigrensevenredig toenemen met het zuurstofgehalte. Graad 2 met een zuurstofgehalte op de bovengrens (0,25%) heeft bijvoorbeeld doorgaans een vloeigrens van ~275 MPa, terwijl een monster van klasse 2 met een lager zuurstofgehalte (bijvoorbeeld 0,15%) een vloeigrens van ~240 MPa kan hebben.
Impact op de taaiheid
De toename van het zuurstofgehalte gaat gepaard met een vermindering van de taaiheid en ductiliteit van klasse 2 titanium. Overmatige zuurstof (benadert of overschrijdt de limiet van 0,25%) verhoogt de brosheid van het materiaal, omdat de vervormde roosterstructuur het voor het materiaal moeilijker maakt om plastisch te vervormen voordat het breekt. Dit uit zich in een afname vanverlenging bij breukEnverkleining van de oppervlakte. Graad 2 met 0,25% zuurstof heeft bijvoorbeeld een rek van ~20–25%, terwijl een variant met een lager-zuurstofgehalte een rek van ~28–30% kan hebben. Boven de standaardlimiet kan zuurstof zelfs verbrossing veroorzaken, waardoor de weerstand van het materiaal tegen schokken en vermoeidheid ernstig wordt aangetast.
De mechanische eigenschappen van titanium van klasse 2 zijn temperatuur-afhankelijk, waarbij de prestaties aanzienlijk variëren binnen het cryogene, omgevings- en verhoogde temperatuurbereik. Hieronder vindt u de typische gegevens over mechanische eigenschappen (in overeenstemming met ASTM-normen) voor titanium van klasse 2 bij gebruikelijke temperaturen:
Belangrijke opmerkingen over temperatuur-gerelateerde prestaties:
Cryogene temperaturen (-270 graden tot -196 graden): Titanium van klasse 2 vertoont uitstekende cryogene prestaties-de sterkte neemt aanzienlijk toe in vergelijking met omgevingstemperaturen, terwijl de ductiliteit op een redelijk niveau blijft. Dit maakt hem geschikt voor toepassingen bij lage- temperaturen, zoals opslagtanks voor vloeibaar gas.
Omgevingstemperatuur (25 graden): Het materiaal bereikt een uitgebalanceerde combinatie van sterkte en taaiheid, wat de basis vormt voor het brede gebruik ervan in chemische processen, scheepsbouw en medische apparatuur.
Verhoogde temperaturen (100 graden tot 400 graden): De sterkte neemt geleidelijk af bij stijgende temperatuur, maar de ductiliteit neemt lichtjes toe. Graad 2 titanium kan continu worden gebruikt bij temperaturen tot 315 graden; boven 400 graden nemen de oxidatieweerstand en mechanische stabiliteit scherp af, waardoor de lange- dienst in omgevingen met hoge- temperaturen wordt beperkt.
