Cryfder a Chaledwch Perfformiad Titaniwm Pur Fasnachol a'i Addasrwydd ar gyfer Cymwysiadau Strwythurol Trwm{0}}
Mae titaniwm masnachol pur (CP-Ti, sydd fel arfer wedi'i ddosbarthu'n raddau fel Gradd 1 i Radd 4 yn seiliedig ar gynnwys amhuredd a lefel ocsigen) yn arddangos proffil cryfder a chaledwch amlwg sy'n amrywio yn ôl ei radd.
O rancaledwch, gan fod gan Ti yn gyffredinol galedwch Brinell (HB) sy'n amrywio o 80 i 150. Mae gan Radd 1 (y radd cryfder mwyaf hydwyth ac isaf) HB o tua 80–100, tra bod Gradd 4 (yr uchaf -cryfder yn gallu cyrraedd 13 gradd HB pur), ond ni all gyrraedd 13 gradd masnachol pur. is na dur cryfder uchel (ee, dur aloi wedi'i ddiffodd a'i dymheru gyda HB yn aml yn fwy na 300) neu aloion titaniwm (fel Ti-6Al-4V gyda HB tua 300).
Canyscryfder tynnol, Gradd 1 CP-Mae gan Ti gryfder cynnyrch o tua 170–240 MPa a chryfder tynnol eithaf o 240–300 MPa; Mae Ti Gradd 4, gyda chynnwys ocsigen uwch (elfen cryfhau toddiant solet), yn cyflawni cryfder cynnyrch o 480–550 MPa a chryfder tynnol terfynol o 550–620 MPa. Fodd bynnag, nid yw hyd yn oed y radd titaniwm pur fasnachol gryfaf yn bodloni gofynion mecanyddol strwythurau llwythi trwm. Mae cydrannau llwythi trwm (ee, hytrawstiau pontydd, fframiau peiriannau trwm, strwythurau cynnal prif lwyth awyrofod) fel arfer yn galw am gryfderau cynnyrch sy'n uwch na 600 MPa ac ymwrthedd blinder rhagorol o dan lwythi cylchol. CP-Mae cryfder absoliwt cymharol isel Ti, ynghyd â'i fodwlws elastig is (tua 110 GPa, tua hanner hynny o ddur), yn arwain at ddadffurfiad elastig gormodol o dan lwythi trwm, sy'n peryglu sefydlogrwydd strwythurol a chywirdeb dimensiwn. Felly,ni all titaniwm masnachol pur fodloni gofynion cymwysiadau strwythurol llwythi trwm; yn lle hynny, mae aloion titaniwm (ee, Ti-6Al-4V gyda chryfder cynnyrch dros 860 MPa) neu ddur cryfder uchel yn cael eu ffafrio ar gyfer senarios o'r fath.
Plastigrwydd, caledwch titaniwm pur fasnachol a'i ymddygiad brau ar dymheredd isel
Mae titaniwm pur yn fasnachol yn ymfalchïo yn rhagorolplastigrwydd a chaledwchyn ei-ystod gwasanaeth tymheredd amgylchynol. Yn y cyflwr anelio, gall Gradd 1 CP{3}}Ti gyflawni ehangiad ar egwyl o 20% -30% a gostyngiad arwynebedd o 40% -60%, gan alluogi lluniadu dwfn, gofannu, a phrosesau ffurfio cymhleth eraill heb gracio. Gradd 4 CP-Mae Ti, er gwaethaf ei gryfder uwch, yn dal i gynnal estyniad parchus o 10%–15%, gan gydbwyso cryfder a ffurfadwyedd. O ran caledwch, mae gan CP-Ti wydnwch torri asgwrn uchel (KIC) o 50–80 MPa·m^(1/2) yn y cyflwr anelio, sy'n sylweddol uwch na llawer o aloion brau ac yn sicrhau ymwrthedd i doriad brau sydyn o dan effaith neu lwythi deinamig.
Ynglŷn â pherfformiad yntymheredd isel, nid yw titaniwm pur yn fasnachol yn arddangos brau oer, mantais hollbwysig dros ddur carbon (sy'n tueddu i fynd yn frau islaw eu tymheredd pontio brau, tua -20 gradd i -40 gradd ). CP-Mae Ti yn cadw hydwythedd a chaledwch da hyd yn oed ar dymheredd eithriadol o isel (fel tymereddau cryogenig o -253 gradd , yn agos at berwbwynt hydrogen hylif). Er enghraifft, ar -196 gradd (tymheredd nitrogen hylifol), mae Gradd 2 CP-Ti yn dal i gynnal ehangiad o dros 15% ac nid yw'n dangos unrhyw ddirywiad sylweddol mewn caledwch effaith. Priodolir hyn i strwythur grisial hecsagonol llawn hecsagon (HCP) titaniwm, sydd, er bod ganddo lai o systemau llithro na metelau ciwbig sy'n canolbwyntio ar y corff (BCC) ar dymheredd ystafell, yn mynd trwy symudiad dadleoli gwell a chynhwysedd dadffurfiad ar dymheredd isel heb y mecanwaith brith a welir mewn duroedd BCC (ee, gwahanu ffiniau grawn neu dorri asgwrn hollt). Felly,ni fydd titaniwm pur fasnachol yn mynd yn frau mewn-amgylchiadau tymheredd iselac fe'i defnyddir yn eang mewn peirianneg cryogenig, megis offer storio a chludo nwy naturiol hylifol (LNG) a chydrannau cryogenig awyrofod.
