1. מהם המאפיינים של טיטניום דרגה 4?
הרכב כימי: הוא מורכב מיותר מ-99% טיטניום טהור, עם יסודות טומאה מבוקרים בקפדנות. הטומאה הקריטית ביותר היא חמצן, עם גבול מקסימלי של0.40%-הגבוה ביותר מבין כל ציוני טיטניום CP. זיהומים אחרים כוללים ברזל (מקסימום 0.50%), פחמן (מקסימום 0.10%), חנקן (מקסימום 0.05%) ומימן (מקסימום 0.015%). תכולת חמצן גבוהה יותר זו היא המניע העיקרי לחוזק העדיף שלה בהשוואה לדרגות 1-3.
מבנה מיקרו: בטמפרטורת החדר, יש לו מבנה פאזה משושה סגור-אחיד (HCP) אלפא ( ) ללא טרנספורמציות פאזה. מבנה זה מבטיח משיכות טובה תוך מתן אפשרות לשיפור חוזק משמעותי באמצעות חיזוק תמיסת מוצק חמצן-. זה גם מונע סיכוני מעבר שביר אפילו בטמפרטורות נמוכות (עד -200 מעלות).
עמידות בפני קורוזיה: הוא שומר על עמידות בפני קורוזיה מעולה הטבועה ב-CP טיטניום. סרט פסיבי טיטניום דו חמצני (TiO₂) יציב נוצר במהירות על פני השטח שלו, מספק הגנה מפני מי ים, מים מתוקים, אטמוספרות לחות, חומצה הידרוכלורית מדוללת וחומצה גופרתית מדוללת. עם זאת, עמידות הקורוזיה שלו בחומצות מחמצנות חזקות (למשל, חומצה חנקתית מרוכזת) נמוכה במעט מדרגה 3 בשל תכולת החמצן הגבוהה שלו-אם כי היא עדיין מתעלה על רוב המתכות הנפוצות (למשל, נירוסטה 304).
מאפיינים פיזיים: יש לו צפיפות של כ-4.51 גרם/ס"מ³ (רק 56% מצפיפות הפלדה), ומציע יתרונות משמעותיים לחיסכון במשקל.- נקודת ההיתוך שלו היא 1668 מעלות (3034 מעלות צלזיוס), בהתאם לדרגות טיטניום CP אחרות. ב-25 מעלות, המוליכות התרמית שלו היא 17 W/m·K וההתנגדות החשמלית היא 420 nΩ·m-ערכים אלו כמעט זהים לדרגה 3, עם תנודות קלות בלבד מהבדלים בטומאה.
יכולת עיבוד: ניתן לייצר אותו באמצעות תהליכי עיבוד מתכת קונבנציונליים, כולל גלגול קר, פרזול וריתוך. עם זאת, החוזק הגבוה יותר שלו מצריך כוח רב יותר במהלך יצירה קרה, ולעתים קרובות יש צורך בשחרור מתחים (בדרך כלל ב-500-600 מעלות למשך 1-2 שעות) לאחר היצירה- כדי למנוע מתחים פנימיים. ביצועי הריתוך טובים, אך מומלץ טיפול בחום לאחר-ריתוך כדי להחזיר את הפלסטיות באזור-שפגוע החום ולמנוע שבירות.
2. מה החוזק המכני של טיטניום דרגה 4?
חוזק מתיחה: המתח המרבי שלו לפני שבר נע בין 750 ל-850 MPa, גבוה ב-15% בערך מדרגה 3 (650-750 MPa). זה הופך אותו לאידיאלי עבור חלקי מבנה הנתונים לעומסים מתונים (למשל, מכלי לחץ, מחברים).
כוח-איזון קשיחות: למרות החוזק הגבוה שלו, הוא שומר על התארכות של 10-15%, ומספק מספיק יכולת עיוות פלסטי כדי למנוע שבר שביר תחת עומסי פגיעה או רטט. איזון זה הוא יתרון מרכזי על פני כמה סגסוגות חוזק- גבוה שמקריבות קשיחות בשביל חוזק.
3. מהו חוזק התפוקה של טיטניום דרגה 4?
ערכים אופייניים ודרישות סטנדרטיות:
לפי תקן ASTM B265, חוזק התפוקה המינימלי של 0.2% קיזוז עבור טיטניום דרגה 4 הוא550 MPa-דרישת המינימום הגבוהה ביותר מבין כל ציוני טיטניום CP.
בייצור בפועל, חוזק תפוקה טיפוסי נע בין650 MPa עד 750 MPa, בהתאם לתנאי העיבוד. עבור מוצרים שעובדים בקור מלא- (הפחתת קור גדולה או שווה ל-50%), חוזק התפוקה יכול אפילו לעלות על 750 MPa.
גורמים מרכזיים המשפיעים על חוזק התשואה:
תוכן חמצן: חמצן הוא האלמנט המחזק המשפיע ביותר עבור טיטניום דרגה 4. מגבלת החמצן המקסימלית שלו של 0.40% (גבוהה מה-0.35% של דרגה 3) משפרת את חוזק התפוקה באופן משמעותי באמצעות חיזוק תמיסה מוצקה, המגבילה את תנועת הנקע במבנה הגבישי.
תואר של עבודה קרה: עבודה קרה (למשל, גלגול קר, שרטוט) יוצרת הצטברות נקע במתכת, ומגבירה את חוזק התפוקה. לדוגמה, טיטניום דרגה 4 קשיח לחלוטין (עבודה קרה גבוהה) הוא בעל חוזק תפוקה של למעלה מ-750 MPa, בעוד דרגה 4 מחוממת (מחוממת ב-500-600 מעלות למשך 1-2 שעות כדי להפיג מתח) יש חוזק תפוקה של כ-650 MPa.
טֶמפֶּרָטוּרָה: בטמפרטורות נמוכות (-200 מעלות לטמפרטורת החדר), חוזק התפוקה עולה מעט תוך שמירה על גמישות טובה. בטמפרטורות גבוהות (מעל 300 מעלות), חוזק התפוקה פוחת עם עליית הטמפרטורה-ב-400 מעלות, הוא יורד לכ-60% מערך -טמפרטורת החדר שלו (400-450 MPa), מה שהופך אותו ללא מתאים ליישומים נושאי עומס{10}}לטווח ארוך בטמפרטורות גבוהות.
