Το τιτάνιο βαθμού 2 (εμπορικά καθαρό τιτάνιο, UNS R50400) ορίζεται από αυστηρά όρια περιεκτικότητας σε οξυγόνο σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα όπως π.χ.ASTM B348(για ράβδους τιτανίου και κράματος τιτανίου) καιASTM B265(για φύλλα/πλάκες τιτανίου και κράματος τιτανίου).
Η μέγιστη περιεκτικότητα σε οξυγόνο του τιτανίου Βαθμού 2 είναι0,25% κατά βάρος.
Αυτό το όριο είναι βασικός παράγοντας διαφοροποίησης από τους χαμηλότερους-βαθμούς καθαρότητας (π.χ., ο βαθμός 1 έχει μέγιστη περιεκτικότητα σε οξυγόνο 0,18%) και οι υψηλότεροι-βαθμοί αντοχής (π.χ. ο βαθμός 3 έχει μέγιστη περιεκτικότητα σε οξυγόνο 0,35%). Το οξυγόνο ελέγχεται σκόπιμα ως στοιχείο ενδιάμεσου κράματος για την εξισορρόπηση των μηχανικών ιδιοτήτων και της δυνατότητας επεξεργασίας.
Το οξυγόνο δρα ως αενίσχυση του διάμεσου στοιχείουσε εμπορικά καθαρό τιτάνιο, αλλά το περιεχόμενό του επηρεάζει-την αντοχή και τη σκληρότητα:
Επίδραση στη Δύναμη
Εντός του τυπικού ορίου (Μικρότερο ή ίσο με 0,25 wt%), μια αύξηση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο οδηγεί σε σημαντική αύξηση της αντοχής του τιτανίου Βαθμού 2. Αυτό συμβαίνει επειδή τα άτομα οξυγόνου καταλαμβάνουν ενδιάμεσες θέσεις στην εξαγωνική κλειστή κρυσταλλική δομή του τιτανίου (HCP), προκαλώντας παραμόρφωση του πλέγματος και παρεμποδίζοντας την κίνηση των εξαρθρώσεων. Ως αποτέλεσμα, και τα δύοαντοχή σε εφελκυσμόκαιαντοχή διαρροήςαυξάνεται αναλογικά με την περιεκτικότητα σε οξυγόνο. Για παράδειγμα, ο βαθμός 2 με περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο ανώτερο όριο (0,25%) έχει τυπικά ισχύ διαρροής ~275 MPa, ενώ ένα δείγμα Βαθμού 2 με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο (π.χ. 0,15%) μπορεί να έχει ισχύ διαρροής ~240 MPa.
Επίδραση στη σκληρότητα
Η αύξηση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο συνοδεύεται από μείωση της σκληρότητας και της ολκιμότητας του τιτανίου Βαθμού 2. Το υπερβολικό οξυγόνο (που πλησιάζει ή υπερβαίνει το όριο του 0,25%) αυξάνει την ευθραυστότητα του υλικού, καθώς η παραμορφωμένη δομή του πλέγματος καθιστά δυσκολότερη την πλαστική παραμόρφωση του υλικού πριν από τη θραύση. Αυτό εκδηλώνεται ως μείωση τουεπιμήκυνση στο σπάσιμοκαιμείωση της έκτασης. Για παράδειγμα, ο βαθμός 2 με 0,25% οξυγόνο έχει επιμήκυνση ~20–25%, ενώ μια παραλλαγή χαμηλότερου-οξυγόνου μπορεί να έχει επιμήκυνση ~28–30%. Πέρα από το τυπικό όριο, το οξυγόνο μπορεί να προκαλέσει ακόμη και ευθραυστότητα, θέτοντας σε σοβαρό κίνδυνο την αντοχή του υλικού σε κρούση και κόπωση.
Οι μηχανικές ιδιότητες του τιτανίου Βαθμού 2 εξαρτώνται από τη θερμοκρασία-, με την απόδοσή του να ποικίλλει σημαντικά μεταξύ κρυογονικών, περιβαλλοντικών και ανυψωμένων θερμοκρασιών. Ακολουθούν τα τυπικά δεδομένα μηχανικών ιδιοτήτων (σύμφωνα με τα πρότυπα ASTM) για τιτάνιο Βαθμού 2 σε κοινές θερμοκρασίες:
Βασικές σημειώσεις για τη θερμοκρασία-Σχετική απόδοση:
Κρυογονικές θερμοκρασίες (-270 βαθμοί έως -196 βαθμοί): Το τιτάνιο βαθμού 2 παρουσιάζει εξαιρετική κρυογονική απόδοση-η αντοχή του αυξάνεται σημαντικά σε σύγκριση με τις θερμοκρασίες περιβάλλοντος, ενώ η ολκιμότητα διατηρείται σε λογικά επίπεδα. Αυτό το καθιστά κατάλληλο για εφαρμογές χαμηλής-θερμοκρασίας όπως δεξαμενές αποθήκευσης υγραερίου.
Θερμοκρασία περιβάλλοντος (25 βαθμοί): Το υλικό επιτυγχάνει έναν ισορροπημένο συνδυασμό αντοχής και ολκιμότητας, που αποτελεί τη βάση για την ευρεία χρήση του στη χημική επεξεργασία, τη ναυτική μηχανική και τις ιατρικές συσκευές.
Αυξημένες θερμοκρασίες (100 βαθμοί έως 400 βαθμοί): Η αντοχή μειώνεται σταδιακά με την άνοδο της θερμοκρασίας, αλλά η ολκιμότητα αυξάνεται ελαφρά. Το τιτάνιο βαθμού 2 μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνεχώς σε θερμοκρασίες έως 315 βαθμούς. πάνω από 400 μοίρες, η αντίσταση στην οξείδωση και η μηχανική του σταθερότητα μειώνονται απότομα, περιορίζοντας τη μακροχρόνια-υπηρεσία του σε περιβάλλοντα υψηλής-θερμοκρασίας.
