Показники міцності та твердості комерційно чистого титану та його придатність для конструкцій із високими-навантаженнями
Комерційно чистий титан (CP-Ti, який зазвичай класифікується на класи від 1 до 4 на основі вмісту домішок і рівня кисню) демонструє чіткий профіль міцності та твердості, який змінюється залежно від класу.
З точки зорутвердість, як-литий або відпалений CP-Ti зазвичай має твердість за Брінеллем (HB) від 80 до 150. Клас 1 (найбільш пластичний і найнижчий-клас міцності) має HB приблизно 80–100, тоді як клас 4 (найвищий-міцність серед комерційних чистих марок) може досягати HB 130–150, що значно нижче, ніж у високоміцної-сталі (наприклад, загартованої та відпущеної легованої сталі з HB часто перевищує 300) або титанових сплавів (таких як Ti-6Al-4V з HB близько 300).
дляміцність на розривCP-Ti класу 1 має межу текучості приблизно 170–240 МПа та межу міцності на розрив 240–300 МПа; CP-Ti класу 4 із вищим вмістом кисню (елемент, що зміцнює твердий-розчин) досягає межі текучості 480–550 МПа та межі міцності на розрив 550–620 МПа. Однак навіть найміцніший комерційний сорт чистого титану не відповідає механічним вимогам до конструкцій із високим -навантаженням. Важкі -компоненти (наприклад, балки мостів, рами важких машин, аерокосмічні основні-несучі конструкції) зазвичай вимагають межі текучості понад 600 МПа та чудової стійкості до втоми за циклічних навантажень. Відносно низька абсолютна міцність CP-Ti у поєднанні з його нижчим модулем пружності (близько 110 ГПа, приблизно вдвічі менше, ніж у сталі), призводить до надмірної пружної деформації під високими навантаженнями, що ставить під загрозу стабільність конструкції та точність розмірів. Таким чином,комерційно чистий титан не може задовольнити вимоги конструкцій із високим{0}}навантаженням; натомість для таких сценаріїв краще використовувати титанові сплави (наприклад, Ti-6Al-4V з межею текучості понад 860 МПа) або високоміцні сталі.
Пластичність, міцність комерційно чистого титану та його крихкість при низьких температурах
Комерційно чистий титан має відмінні характеристикипластичність і міцністьу робочому-діапазоні температури навколишнього середовища. У відпаленому стані CP-Ti класу 1 може досягати подовження при розриві на 20%–30% і зменшення площі на 40%–60%, що забезпечує глибоке витягування, кування та інші складні процеси формування без розтріскування. CP-Ti класу 4, незважаючи на його вищу міцність, все ще зберігає поважне подовження 10%–15%, збалансовуючи міцність і здатність до формування. З точки зору в’язкості, CP-Ti має високу в’язкість руйнування (KIC) 50–80 МПа·м^(1/2) у відпаленому стані, що значно вище, ніж у багатьох крихких сплавів, і забезпечує стійкість до раптового крихкого руйнування під ударом або динамічними навантаженнями.
Щодо виступу нанизькі температури, комерційно чистий титан не виявляє холодноламкості, що є важливою перевагою перед вуглецевими сталями (які мають тенденцію ставати крихкими при температурі переходу до пластичної-крихкості, як правило, приблизно від -20 градусів до -40 градусів). CP-Ti зберігає хорошу пластичність і міцність навіть за надзвичайно низьких температур (таких як кріогенні температури -253 градуси, поблизу точки кипіння рідкого водню). Наприклад, при -196 градусах (температура рідкого азоту) клас 2 CP-Ti все ще зберігає подовження понад 15% і не демонструє значного зниження ударної в'язкості. Це пов’язано з гексагональною щільно упакованою (HCP) кристалічною структурою титану, яка, хоч і має менше систем ковзання, ніж об’ємно-центровані кубічні (BCC) метали при кімнатній температурі, зазнає посиленого руху дислокацій і деформаційної здатності при низьких температурах без механізму крихкості, який спостерігається в BCC-сталях (наприклад, сегрегація меж зерен або руйнування розколу). томукомерційно чистий титан не стане крихким у -низьких температурахі широко використовується в кріогенній техніці, наприклад, в обладнанні для зберігання та транспортування рідкого природного газу (СПГ) і аерокосмічних кріогенних компонентах.
