1. Mekaaniset ominaisuudet huoneenlämpötilassa (25 astetta)
Kaupallisesti puhdas (CP) titaani (esim. GR.1/GR.2)
CP-titaanilla on yksivaiheinen -vaiheinen mikrorakenne huoneenlämpötilassa. Sen vetolujuus vaihtelee välillä 240–485 MPa (GR.1–GR.2), venymäarvot 20–30 % ja murtolujuus on korkea (suurempi tai yhtä suuri kuin 60 MPa·m¹/²). Ominaisuuksia hallitsevat interstitiaaliset elementit (O, N, C): korkeampi happipitoisuus lisää lujuutta, mutta vähentää sitkeyttä. Huoneenlämmössä CP-titaanilla on hyvä muovattavuus ja korroosionkestävyys, joten se soveltuu ei--korkeaan-rasitussovelluksiin, kuten kemiallisiin putkiin ja lääketieteellisiin implantteihin.
.+ Titaaniseokset (esim. GR.5/Ti-6Al-4V)
GR.5:llä on kaksivaiheinen rakenne huoneenlämpötilassa. Hehkutetussa tilassa sen vetolujuus on 860–900 MPa, myötöraja ~800 MPa, venymä ~10–15 % ja väsymislujuus (10⁷ jaksoa) ~400 MPa. Tasapainotettu + mikrorakenne tarjoaa kompromissin lujuuden, sitkeyden ja sitkeyden välillä, kun taas sen alhainen kimmokerroin (110 GPa, ~50 % teräksestä) vähentää biolääketieteellisten implanttien jännityssuojausta ja parantaa tärinänvaimennusta ilmailu- ja avaruusrakenteissa.
2. Mekaaniset ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa (200 astetta / 300 astetta)
Vahvuuden ja jäykkyyden vähentäminen
200 asteessa hehkutetun GR.5:n vetolujuus laskee ~10–15 % (750–780 MPa:iin) verrattuna huoneenlämpötilaan ja 300 asteessa se laskee ~20–25 % (650–700 MPa:aan). Myötölujuus laskee myös (~700 MPa:aan 200 asteessa ja ~600 MPa:aan 300 asteessa) lisääntyneen dislokaatioliikkuvuuden ja vähentyneiden atomien välisten sidosvoimien vuoksi. Titaanin kimmokerroin pienenee lineaarisesti lämpötilan myötä (110 GPa:sta huoneenlämpötilassa ~105 GPa:iin 200 asteessa ja ~100 GPa:iin 300 asteessa), mikä vähentää rakenteellista jäykkyyttä.
Virumisen vastustuskyky
Viruminen (ajasta{0}}riippuva plastinen muodonmuutos vakiokuormituksella) tulee havaittavaksi yli 200 asteen lämpötiloissa titaanimateriaaleilla. CP-titaanilla on huono virumisvastus 300 asteen kulmassa, eikä se kestä pitkäaikaista-staattista kuormitusta, kun taas + seokset, kuten GR.5, osoittavat paremman virumiskyvyn: 200 MPa:n jännityksessä 300 asteen kulmassa sen virumisjännitys 1000 tunnin jälkeen on alle 0,1 %, ja pakokaasun osien toiminta on noin 0,1 %. 400 astetta ). -hehkutetulla GR.5:llä on korkeampi virumisvastus kuin hehkutetulla tai STA-laadulla 300 asteessa sen lamellaarisen + mikrorakenteensa vuoksi, mikä estää dislokaatioliikettä.
Mutavuus ja sitkeys muuttuvat
GR.5:n venymä kasvaa hieman 200 asteessa (~15-18 %) johtuen vähentyneestä työkarkaisusta, mutta 300 asteessa se alkaa pienentyä (~10-12 %), kun raerajojen liukuminen ja hapettumisen aiheuttama haurastuminen tulevat esiin. Murtolujuus laskee myös ~10% 300 asteessa, koska korkeat lämpötilat edistävät mikrohuokosien muodostumista faasirajoilla.
3. Mekaaniset ominaisuudet kryogeenisissä lämpötiloissa (-196 astetta)
Vahvuuden lisääminen-196 asteessa hehkutetun GR.5:n vetolujuus nousee ~1100–1200 MPa:iin (30–40 % nousu huoneenlämpötilasta) ja myötöraja nousee ~950–1000 MPa:iin. CP-titaanin (GR.2) lujuus lisääntyy myös (vetolujuus 485 MPa:sta huoneenlämpötilassa ~600 MPa:iin -196 asteessa). Tämä johtuu siitä, että kryogeeniset lämpötilat vähentävät dislokaatioiden liikkuvuutta, lisäävät hilan kitkajännitystä ja estävät muodonmuutosten aiheuttamien mikrohalkeamien muodostumisen, mikä johtaa voimakkaaseen työkovettumiseen plastisen muodonmuutoksen aikana.
Mutavuuden ja sitkeyden parantaminen
Toisin kuin teräs tai alumiini (jotka menettävät sitkeyden -196 asteessa), titaanimateriaalit säilyttävät tai jopa parantavat sitkeyttä ja sitkeyttä kryogeenisissa lämpötiloissa. GR.5:n venymä kasvaa ~15–20 %:iin -196 asteessa (10–15 %:sta RT:ssä), ja murtolujuus nousee ~20–30 % (suurempaan tai yhtä suureen arvoon kuin 70 MPa·m¹/²). CP-titaanin venymä saavuttaa 25–30 % -196 asteessa, ilman merkkejä hauraasta siirtymisestä. Tämä johtuu -faasin stabiilisuudesta kryogeenisissä lämpötiloissa (ei faasimuutosten aiheuttamaa haurautta) ja vetyhaurauden estämisestä (vedyn diffuusio estyy alhaisissa lämpötiloissa).
Väsymys ja iskujen suorituskyky
Kryogeeniset lämpötilat lisäävät myös GR.5:n väsymislujuutta: sen 10⁷-syklin väsymislujuus kasvaa ~500–550 MPa:iin -196 asteessa (400 MPa:sta huoneenlämpötilassa). Iskusitkeys (Charpy V-lovi) nousee ~40 J:sta huoneenlämpötilassa ~60 J:iin -196 asteessa, mikä tekee siitä sopivan kryogeenisiin sovelluksiin, kuten nestemäisen maakaasun (LNG) varastosäiliöihin, rakettipolttoainesäiliöihin ja suprajohtavien laitteiden kannattimiin.
