1. Osnovna metalurgija ova tri razreda značajno se razlikuje. Koja je osnovna razlika između komercijalno čiste (CP) klase kao što je Grade 2, alfa-beta legure kao što je Grade 5, i "poboljšane paladijum-" klase kao što je Grade 7, i kako to direktno diktira njihovu primarnu primjenu?
Osnovna razlika leži u njihovom hemijskom sastavu i rezultirajućoj mikrostrukturi, koja diktira njihova mehanička i korozivna svojstva.
Razred 2 (CP Titanium): Ovo je jednofazna (alfa) legura. Njegova mikrostruktura se u potpunosti sastoji od heksagonalne čvrsto-pakovane (HCP) kristalne strukture. To je u suštini nelegirani titanijum (99,2% min) ojačan intersticijskim elementima poput kiseonika. To mu daje odličnu duktilnost, formabilnost i zavarljivost, ali umjerenu čvrstoću.
Primarna primjena: Radna snaga za opremu{0}}otpornu na koroziju u aplikacijama koje nisu-kritične čvrstoće: cjevovodi za hemijske procese, izmjenjivači topline i brodske komponente gdje je odlična ravnoteža svojstava i cijene idealna.
Stepen 5 (Ti-6Al-4V): Ovo je alfa{9}}beta legura. Njegova mikrostruktura je mješavina HCP alfa faze i tijelo-centrirane kubične (BCC) beta faze, što je omogućeno dodatkom 6% aluminija (alfa stabilizator) i 4% vanadijuma (beta stabilizator). Ova dvofazna struktura, koja se može dodatno ojačati termičkom obradom (starenjem), daje joj vrlo visoku čvrstoću.
Primarna primjena: vrhunska konstrukcijska legura za vazduhoplovstvo i materijal za medicinske implantate visoke-vrste (u ELI razredu). Koristi se za komponente aviona, dijelove mlaznog motora i kritične hirurške implantate gdje je odnos snage-i-od najveće važnosti.
Grade 7 (Ti-0,15Pd): Ovo je "poboljšana paladijum-" varijanta Grade 2. Ima istu jednofaznu alfa mikrostrukturu i mehanička svojstva kao Grade 2, ali sa malim, kritičnim dodatkom od 0,12-0,25% paladija.
Primarna primjena: Specijalista za hemijsku obradu u najagresivnijim redukujućim kiselim sredinama gdje stepen 2 ne bi uspio, kao što su vruća, ne-oksidirajuća hlorovodonična i sumporna kiselina.
2. Za sistem cjevovoda postrojenja za hemijsku preradu mogu se uzeti u obzir sve tri klase. U blago oksidirajućem ili -okruženju bogatom hloridima kao što je topla morska voda, performanse razreda 2 i 7 su slične. Pod kojim specifičnim, teškim hemijskim uslovima stepen 7 postaje nedvosmislen izbor i koji je elektrohemijski mehanizam iza njegove superiornosti?
Stepen 7 postaje nedvosmislen izbor u ne-oksidirajućim, redukujućim kiselim sredinama, posebno vrućim, razrijeđena hlorovodonična kiselina (HCl) i sumporna kiselina (H₂SO₄).
Problem za stepen 2: U redukciji kiselina, zaštitni TiO₂ pasivni film na titanijumu je nestabilan i raspada. Metal ulazi u "aktivno" stanje, što dovodi do visokih, ujednačenih stopa korozije. Ocjena 2 pruža mali ili nikakav otpor u ovom scenariju.
Rješenje 7. razreda: katodna modifikacija (anodna depolarizacija)
Mala količina paladijuma, plemenitog metala, je ključ. Taloži se kao fine, diskretne čestice kroz titanijumsku matricu.
U redukcionoj kiselini, osnovni metal titanijuma počinje da korodira (deluje kao anoda).
Čestice paladijuma, pošto su visoko katodne, deluju kao efikasna mesta za redukciju vodoničnih jona.
Ova intenzivna lokalna katodna aktivnost pokreće elektrohemijski potencijal cijele površine titanijuma u plemenitom (pozitivnom) smjeru.
Ovaj potencijalni pomak je dovoljan da polarizira površinu u stabilnu "pasivnu" regiju gdje se zaštitni film TiO₂ može formirati i održavati.
U suštini, čestice paladija djeluju kao ugrađeni-u katalizatorima koji prisiljavaju titanijum da se pasivizira, smanjujući stopu korozije za redove veličine u poređenju sa stepenom 2. Za procesni tok koji je, ili bi mogao postati, smanjenje, Grade 7 pruža bitnu sigurnosnu marginu.
3. Proizvođač treba da proizvede veliku količinu-pričvršćivača visoke čvrstoće od titanijumske šipke. Zašto bi 5. bio izabran u odnosu na 2. i koji specifični korak termičke obrade se primjenjuje na šipkuposlijeda li su pričvršćivači mašinski obrađeni kako bi se postigla potrebna visoka čvrstoća?
Stepen 5 je odabran iz jednog primarnog razloga: njegovog kapaciteta za otvrdnjavanje prema padavinama, što mu omogućava da postigne zateznu čvrstoću koja prelazi 1000 MPa (145 ksi), daleko iznad mogućnosti Grade 2 (~345 MPa).
Proces: tretman rastvorom i starenje (STA)
Pričvršćivači nisu mašinski obrađeni od pre-kaljene šipke. Umjesto toga, slijedi određena termička sekvenca:
Mašinska obrada: Pričvršćivači su mašinski obrađeni od 5 bara koji se isporučuju u žarenom (mekom) stanju. Ovo stanje je relativno duktilno i lako se obrađuje na precizne dimenzije, uključujući složene navoje.
Tretman rastvorom: Mašinski obrađeni zatvarači se zagrevaju na visoku temperaturu (~955-970 stepeni / 1750-1800 stepeni F) da bi se legirajući elementi rastvorili u homogeni čvrsti rastvor, a zatim se brzo gase. Sada su u relativno mekom, metastabilnom stanju.
Starenje (otvrdnjavanje precipitacijom): Ovo je kritičan korak o kojem se ne može pregovarati-poslijemašinska obrada. Pričvršćivači se ponovo zagrevaju na nižu temperaturu (~480-595 stepeni / 900-1100 stepeni F) i drže nekoliko sati. To uzrokuje taloženje finih, dispergiranih čestica sekundarne alfa faze unutar mikrostrukture. Ove čestice blokiraju dislokacijsko kretanje, dramatično povećavajući popuštanje i vlačnu čvrstoću do njihovih konačnih nivoa visokih performansi.
Pokušaj mašinske obrade navoja u potpuno otvrdnutu -šipku razreda 5 bio bi izuzetno težak i uništio bi rezne alate. Proces "mašina omekša, a zatim se{3}}očvrsti" je fundamentalan za proizvodnju složenih komponenti visoke{4}}vrste.
4. Prilikom zavarivanja konstrukcije koristeći šipke Grade 2, Grade 5 i Grade 7, rizik od krtosti je univerzalna briga, ali osnovni uzrok se razlikuje. Koji je primarni mehanizam krtosti za stepene 2/7 naspram stepena 5 tokom zavarivanja, i koja je najkritičnija proceduralna kontrola zajednička za sve da se to spreči?
Iako osjetljivost varira, primarni mehanizam krtosti za sve legure titanijuma tokom zavarivanja je međuprostorna kontaminacija iz atmosferskih gasova.
Stepen 2 i 7: Glavni rizik je kontaminacija kiseonikom i azotom. Ovi elementi se rastvaraju intersticijsko u HCP rešetki, uzrokujući dramatično povećanje tvrdoće i katastrofalan gubitak duktilnosti i žilavosti u zavaru i zoni utjecaja topline (HAZ).
Stepen 5: Podložan je i sakupljanju kiseonika i azota, ali se suočava sa dodatnim, jedinstvenim rizikom: stvaranjem krhke faze koja se zove "Alfa slučaj". Na visokim temperaturama zavarivanja, titanijum reaguje sa kiseonikom da bi se formirao tvrdi, krhki površinski sloj alfa faze stabilizovane kiseonikom-. Ovaj sloj može biti mjesto inicijacije pukotina.
Pojedinačna najkritičnija proceduralna kontrola: Ultra-visoka- zaštita od inertnog plina.
O tome se ne može pregovarati-i mnogo je rigoroznije nego za nehrđajući čelik. Protokol mora sadržavati:
Primary Shielding: High-purity argon (>99,995%) iz plamenika za zavarivanje.
Trailing Shield: Prošireni dodatak koji nastavlja da pokriva vruće, očvršćavajuće zrno zavarivanja i HAZ argonom dok se ne ohladi ispod ~400 stepeni (750 stepeni F).
Back Purging: Za bilo koji zglob, strana korijenamorabiti zaštićen jednako čistom atmosferom argona kako bi se spriječila oksidacija stražnjeg vara.
Uspješan titanijumski zavar na bilo kojoj od ovih vrsta bit će svijetao, srebrn i bez promjene boje-. Bilo koja boja slame, plava, siva ili bijela ukazuje na kontaminaciju i krhkost.
5. U analizi troškova životnog{1}}ciklusa za komponentu sistema morske vode na moru, upoređujući šipku od titanijuma 2. razreda sa šipkom od nerđajućeg čelika 316L, početni trošak titana je veći. Koja tri ključna dugoročna-faktora performansi opravdavaju odabir titanijuma Grade 2, što ga čini ekonomičnijim izborom tokom vijeka trajanja platforme?
Opravdanje za Grade 2 titanijuma leži u njegovom ukupnom trošku vlasništva (TCO), vođenom neuporedivom pouzdanošću i nultim održavanjem.
Imunitet na koroziju izazvanu hloridima-: Ovo je najznačajniji faktor.
Nerđajući čelik 316L: Veoma je podložan lokalizovanoj koroziji udubljenja i pukotina u toploj, stajaćoj morskoj vodi. Što je još kritičnije, podložan je hloridnom naponskom korozijskom pucanju (Cl-SCC), krhkom, katastrofalnom načinu kvara.
Titanijum 2. stepena: praktički je imun na pitting i Cl-SCC u morskoj vodi, bez obzira na temperaturu ili koncentraciju hlorida. Ovo eliminira primarni mehanizam kvara za offshore materijale.
Otpornost na eroziju-Otpornost na koroziju: Morska voda, posebno sa pijeskom, je abrazivna.
316L: Može patiti od erozije{1}}korozije, gdje se zaštitni film odstranjuje i korozija se ubrzava.
Stepen 2: Njegov postojan, samozacjeljujući film TiO₂ oksida pruža odličnu otpornost na abrazivnu morsku vodu velike brzine-, što ga čini idealnim za impelere, ventile i cijevi.
Eliminacija održavanja i neplaniranih zastoja:
Komponenta 316L može zahtijevati inspekciju, zamjenu ili katodnu zaštitu, što dovodi do skupog offshore održavanja i prekida proizvodnje.
Za razliku od toga, komponenta od titanijuma stepena 2 je tipično "prikladi-i-zaboravi" rješenje. Njegov radni vijek može odgovarati vijeku trajanja same platforme od 20-30 godina bez održavanja.
Veći početni trošak titanijumske šipke stepena 2 je polisa osiguranja od previsokih troškova kvara, održavanja i gubitka proizvodnje u nepristupačnom offshore okruženju.
