7. pakāpes titāns, oficiāli apzīmēts kāTi-0.15pd(titāns-0,15% pallādijs) ir specializēts komerciāli tīra (CP) titāna variants, kas stabilizēts ar nelielu daudzumu pallādija. Tas ietilpst neļautā titāna kategorijā (nevis vairāku elementu titāna sakausējumi, piemēram, 5. pakāpe Ti-6Al-4V), bet ir modificēts, lai risinātu kritisku standarta CP titāna ierobežojumu: slikta izturība pret lokalizētu koroziju.
Šo atzīmi nosaka tādi nozares standarti kā ASTM B265 (titāna plāksnēm, loksnēm un sloksnēm), AMS 4928 (kosmiskās aviācijas materiālu specifikācija) un ISO 5832-7, kas izklāsta tā ražošanu, testēšanu un veiktspēju. Palladium pievienošana ir galvenā diferenciālis-tā uzlabo materiāla spēju izturēt kodīgu vidi, īpaši reducējošus apstākļus, piemēram, sērskābi, karsto hlorīdu šķīdumus, stagnējošu jūras ūdeni un noteiktas ķīmiskā procesa plūsmas.
7. pakāpes titāns saglabā CP titāna galvenos ieguvumus, ieskaitot zemu blīvumu (aptuveni 4,51 g/cm³, apmēram 60% no tērauda blīvuma), lieliska bioloģiskā savietojamība (padarot to piemērotu medicīniskai lietošanai), laba formablitāte (tā var būt auksti apstrādāta, metināta un apstrādāta ar pareizām metodēm) un ar mērenu stiprumu. Tās primārie pielietojumi ir rūpniecībā, kur ir ārkārtīgi svarīga korozijas pretestība, piemēram, ķīmiska pārstrāde (reaktori, siltummaiņi, vārsti), jūras un jūras inženierijas (zemūdens komponenti, stiprinājumi), eļļu un gāzi (caurumu instrumenti, urbuma aprīkojums) un medicīniskās ierīces (implantējami komponenti, kas pakļauti ķermeņa šķidrumiem). To izmanto arī kriogēnās sistēmās, jo tā mehāniskās īpašības paliek stabilas ārkārtīgi zemā temperatūrā (līdz -253 grādiem).
7. pakāpes titāna ķīmisko sastāvu cieši kontrolē starptautiskie standarti (piemēram, ASTM B265, ISO 5832-7), lai nodrošinātu konsekventu veiktspēju, īpaši attiecībā uz korozijas izturību un mehānisko stabilitāti. Kompozīcijā dominē titāns, ar pallādiju kā primāro (un tikai apzinātu) leģējošu elementu un izsekotu daudzumu piemaisījumu, kas ir stingri ierobežoti, lai izvairītos no materiāla īpašību apdraudēšanas.
Tipiski un maksimāli pieļaujamie diapazoni galvenajiem komponentiem (pēc svara procentiem) ir šādi:
Titāns (TI):Parastais metāls, kas veido atlikušo kompozīcijas daļu (aptuveni 99,78–99,88%). Šis augstais titāna saturs nodrošina materiālu, kas saglabā CP titāna raksturīgās īpašības, piemēram, zemu blīvumu un bioloģisko savietojamību.
Palladium (PD):Kritiskais leģēšanas elements, kas atrodas diapazonā no 0,12–0,20%. Šis mazais, bet precīzais papildinājums ir tas, kas atšķir 7. pakāpi no standarta CP titāna pakāpēm (piemēram, 2. pakāpe). Palladium darbojas kā korozijas stabilizators, veicinot stabilāka, pasīva oksīda slāņa veidošanos uz titāna virsmas-šis slānis novērš lokalizētu koroziju (piemēram, pitting vai plaisu koroziju) skarbā reducējošā vidē.
Dzelzs (Fe):Izplatīts piemaisījums, kas ierobežots līdz maksimāli 0,25%. Pārmērīgs dzelzs daudzums var samazināt izturību pret koroziju un palielināt trauslumu, tāpēc tā koncentrācija ir stingri kontrolēta.
Ogleklis (C):Ierobežots līdz maksimāli 0,08%. Ogleklis var veidot karbīdus ar titānu, kas var vājināt materiālu un samazināt tā elastību, tāpēc tas tiek turēts zemā līmenī.
Slāpeklis (n):Ierobežots līdz maksimāli 0,05%. Slāpeklis var palielināt izturību, bet arī samazināt elastību un izturību pret koroziju, tāpēc tā saturs ir ierobežots.
Ūdeņradis (h):Ierobežots līdz maksimāli 0,015%. Ūdeņradis ir ļoti kaitīgs titānam, jo tas var izraisīt "ūdeņraža embitlību"-parādību, kas padara materiālu trauslu un pakļautu plaisāšanai stresa apstākļos. Tāpēc stingra ūdeņraža kontrole ir kritiska strukturālai integritātei.
Skābeklis (O):Ierobežots līdz maksimāli 0,20%. Skābeklis ir izplatīts piemaisījums titānā, kas nedaudz palielina izturību, bet var samazināt elastību; Tās koncentrācija ir līdzsvarota, lai saglabātu labu stiprības un pazemināšanas koeficientu.
7. pakāpes titāna kompozīcijā nav neviena cita tīša leģējoša elementa, kas ir apzināti vienkārša, lai saglabātu CP titāna tīrību un bioloģisko savietojamību, vienlaikus piesaistot pallādiju uzlabotai korozijas aizsardzībai.
7. pakāpes titāna mehāniskās īpašības ir pielāgotas līdzsvara stiprumam, elastībai un formējamībai, vienlaikus saglabājot Palladium iespējotu korozijas pretestību. Šīs īpašības mēra standarta apstākļos (istabas temperatūrā, ja vien nav norādīts citādi), un tos definē tādi standarti kā ASTM B265 un AMS 4928. Ir svarīgi atzīmēt, ka īpašības var nedaudz atšķirties, pamatojoties uz materiāla siltuma attīrīšanu (piemēram, atkvēlināta, auksti izstrādāta) un produkta forma (piemēram, loksne, plāksne, josla), kas ir 7. pakāpe).
Stiepes izturība (UT):Parasti svārstās no 483 MPa līdz 621 MPa (70 000 līdz 90 000 psi). Šī mērenā stiprība ir lielāka nekā 1. pakāpes CP titānā, bet nedaudz zemāka par 2. pakāpi, pateicoties kontrolētajam skābekļa saturam un pallādija pievienošanai. Tas ir pietiekams lielākajai daļai ķīmiskās apstrādes un jūras pielietojuma, kur spēka vajadzības ir līdzsvarotas ar izturību pret koroziju un formablitāti.
Ražas stiprums (0,2% nobīde):Parasti svārstās no 345 MPa līdz 483 MPa (no 50 000 līdz 70 000 psi). Ražas stiprums ir spriegums, pie kura materiāls sāk pastāvīgi deformēties; Šis diapazons nodrošina, ka 7. pakāpe var izturēt darbības slodzes bez pārmērīgas deformācijas.
Pagarinājums pārtraukumā:Parasti 20–25% (loksnei vai plāksnei ar biezumu, kas lielāks vai vienāds ar 1,6 mm). Augsts pagarinājums norāda uz labu elastību, kas nozīmē, ka materiālu var izstiept, saliekt vai veidoties sarežģītās formās bez plaisāšanas-tas ir kritisks ražošanas procesiem, piemēram, metināšanai, ritēšanai un saliekšanai.
Elastības modulis (Younga modulis):Aptuveni 110 GPA (16 x 10⁶ PSI). Šī vērtība ir līdzīga citām CP titāna pakāpēm un ir apmēram puse no tērauda moduļa, tas nozīmē, ka 7. pakāpe ir elastīgāka zem stresa (noderīga lietojumiem, kur nepieciešama vibrācijas slāpēšana vai ierobežota novirze).
Cietība:Parasti 150–180 HV (Vickers cietība) vai 80–90 HRB (Rockwell B). Tā mērenā cietība nodrošina, ka tā nav pārāk trausla, un to var apstrādāt ar pareiziem instrumentiem (piemēram, karbīda griešanas instrumentiem), vienlaikus piedāvājot pietiekamu nodiluma izturību videi, kas nav abrazīva vide.
Noguruma spēks:10⁷ ciklos (istabas temperatūrā, pilnībā apgrieztā slodzē) 7. pakāpes tipiska noguruma stiprība ir 172–207 MPa (25 000–30 000 psi). Tas padara to piemērotu lietojumprogrammām, kas pakļautas atkārtotām vai cikliskām slodzēm, piemēram, jūras stiprinājumiem vai rotējošām sastāvdaļām ķīmiskos sūkņos.
Kriogēnās īpašības:Atšķirībā no dažiem metāliem, 7. pakāpes titāns saglabā savu elastību un izturību ārkārtīgi zemā temperatūrā (līdz -253 grādiem). Tā stiepes izturība un ražas stiprība nedaudz palielinās kriogēnā temperatūrā, savukārt pagarinājums joprojām ir augsts-tas padara to par ideālu kriogēnām uzglabāšanas tvertnēm vai kosmiskās aviācijas komponentiem, kas pakļauti aukstai videi.
Proti, 7. pakāpes mehāniskās īpašības ir mazāk jutīgas pret termisko apstrādi, salīdzinot ar leģētām titāna pakāpēm (piemēram, 5. pakāpe), jo to galvenokārt izmanto rūdītā stāvoklī, lai palielinātu elastību un izturību pret koroziju. Aukstā darbība var palielināt tā izturību (piemēram, stiepes izturība līdz 700 MPa), bet var samazināt elastību, tāpēc tas tiek darīts tikai īpašām augstas izturības lietojumiem.
2. un 7. pakāpes titāns tiek klasificēti kā komerciāli tīrs (CP) titāns, kas nozīmē, ka tie galvenokārt sastāv no titāna ar minimāliem leģējošiem elementiem, bet tie ievērojami atšķiras pēc sastāva, izturības pret koroziju, mehāniskām īpašībām un pielietojumiem. Šīs atšķirības rodas, apzināti pievienojot pallādiju līdz 7. pakāpei, kas nav 2. pakāpē. Zemāk ir detalizēts to galveno atšķirību sadalījums:
Pirmkārt, iekšāķīmiskais sastāvs, 2. pakāpe ir "standarta" nelielēts CP titāns, kuram nav tīšu leģējošu elementu-tā sastāvs ir 99,6%+ titāns, ar mikroelektrostacijām (dzelzs, kas ir mazāks vai vienāds ar 0,30%, skābeklis ir mazāks vai vienāds ar 0,25%, ogleklis ir mazāks vai vienāds ar 0,08%, nitrogēns, kas ir mazāks vai vienāds ar 0,05%, ir mazāks par mazāku vai vienāds ar 0,015%). Turpretī 7. pakāpe ir astabilizēts par pallādijuCP titāns, kas satur 0,12–0,20%pallādija (vienīgais tīšs leģējošais elements) papildus tiem pašiem pēdas piemaisījumiem (ar nedaudz stingrākām robežām, piemēram, dzelzs, kas ir mazāks vai vienāds ar 0,25%, skābeklis ir mazāks vai vienāds ar 0,20%). Šis pallādija papildinājums ir pamata atšķirība starp abām pakāpēm.
Otrais,izturība pret korozijuir visietekmīgākā atšķirība. 2. pakāpe piedāvā labu vispārēju izturību pret koroziju vieglā vidē, piemēram, gaisā, saldūdenī, atšķaidītās skābes (piemēram, etiķskābe) un visvairāk ķermeņa šķidrumi-tas ir iemesls, kāpēc to plaši izmanto medicīniskos implantos (piemēram, kaulu plāksnēs) un arhitektūras pielietojumos. Tomēr tas ir neaizsargāts pretlokalizēta korozija(Pits, plaisu korozija) skarbā reducējošā vidē, piemēram, karsto hlorīdu šķīdumos (piemēram, jūras ūdenī augstā temperatūrā), sērskābi vai fosforskābi. Turpretī 7. pakāpe ir ievērojami uzlabojusi izturību pret šīm agresīvajām vidēm: Palladium modificē titāna virsmas oksīda slāni, padarot to stabilāku un izturīgāku pret sadalīšanos pat stāvošos vai augstas koncentrācijas korozīvās barotnēs. Tas padara 7. pakāpi par vēlamo izvēli ķīmiskās pārstrādes, jūrā, kā arī naftas un gāzes lietojumprogrammās, ja 2. pakāpe neizdosies.
Treškārt, viņuMehāniskās īpašībasnedaudz atšķiras, lai gan abi tiek uzskatīti par "mērenu stiprību" CP titānu. 2. pakāpei ir nedaudz augstāka stiepes izturība (parasti 552–689 MPA VS {. 483 - 621 MPa 7. pakāpei) un ražas stiprums (parasti 414–552 MPa pret . 345 - 483 MPa 7. pakāpē), jo tā nedaudz augstāka pieļaujamā oksidēna satura palielināšanas stiprība CP titānā). Tomēr 7. klase piedāvā nedaudz labāku elastību (pagarinājums 20–25% vs . 18 - 22% 2. pakāpei) atkvēlinātā stāvoklī, padarot to nedaudz vieglāku veidošanos sarežģītās formās. Abām pakāpēm ir līdzīgi elastības moduļi (~ 110 GPA) un cietība (2. pakāpe: 160–190 HV; 7. pakāpe: 150–180 HV), tāpēc to elastība un tehnoloģija ir salīdzināma lielākajā daļā mērķu.
Beidzot,pieteikumi un izmaksasatspoguļo šīs atšķirības. 2. pakāpe ir visplašāk izmantotā CP titāna pakāpe, ņemot vērā tā līdzsvaru ar izmaksām, formējamību un vispārējo korozijas pretestību. Tās lietojumprogrammās ietilpst medicīniskie implanti (skrūves, plāksnes), patēriņa preces (pulksteņu korpusi, rotaslietas), arhitektūras apšuvums un zema spiediena ķīmiskais aprīkojums. 7. pakāpe, ņemot vērā pievienoto pallādiju (retais un dārgais metāls), ir ievērojami dārgāks nekā 2. pakāpe (parasti par 20–50% augstāka, atkarībā no tirgus apstākļiem). Tās augstākās izmaksas attaisno tā augstākā izturība pret koroziju, tāpēc tās ir paredzētas lietojumiem ar lielu likmi: ķīmiskie pārstrādes reaktori, siltummaiņi, zemūdens jūras komponenti, eļļas un gāzes instrumenti un medicīniskās ierīces, kas pakļautas kodīgiem ķermeņa šķidrumiem (piemēram, implantējami sūkņi).
Rezumējot, lai gan 2. pakāpe ir daudzpusīgs, rentabls CP titāns vieglas vides vidē, 7. pakāpe ir specializēts, korozijai izturīgs variants, kas optimizēts skarbiem samazinošiem apstākļiem ar pallādija papildinājumu, kas ir galvenais faktors, kas izraisa visas pārējās atšķirības.
