Kelas Titanium Murni Komersial yang Cocok untuk Lingkungan-hingga-Suhu Tinggi dan-Suhu Rendah
1. Nilai CP Titanium untuk Skenario-hingga-Suhu Tinggi
Retensi kekuatan tarik dan lelah
Ketahanan terhadap deformasi mulur (aliran plastis lambat di bawah beban berkelanjutan)
Stabilitas mikrostruktur (tidak ada transformasi fasa atau segregasi pengotor)
Ketahanan terhadap oksidasi (meminimalkan pembentukan kerak TiO₂ yang rapuh)
1.1 Pemilihan Kelas Optimal: Kelas 2 dan Kelas 4
1.1.1 Keunggulan Inti Kelas 2 dan Kelas 4
Retensi kekuatan pada suhu tinggi: Pengotor interstisial (oksigen dan nitrogen) di Kelas 2 dan Kelas 4 membentuk larutan padat yang stabil dalam kisi titanium -, yang tahan terhadap pelunakan kisi pada suhu 200–300 derajat . Pada suhu 300 derajat, Kelas 4 mempertahankan ~70% kekuatan tarik ultimat suhu-suhu ruangannya (UTS, ~485 MPa pada suhu kamar vs. ~340 MPa pada suhu 300 derajat ), sedangkan Kelas 1 (kandungan oksigen rendah, 0,18% berat O) hanya mempertahankan ~55% UTS suhu-ruangannya (~345 MPa pada suhu kamar vs. ~190 MPa pada 300 derajat).
Resistensi mulur: Creep adalah mode kegagalan kritis untuk material yang menerima beban berkelanjutan pada suhu tinggi. Kandungan oksigen yang lebih tinggi pada Grade 4 meningkatkan gesekan kisi, memperlambat pergerakan dislokasi dan mengurangi regangan mulur. Pada suhu 350 derajat dan tegangan 150 MPa, regangan mulur Kelas 4 setelah 1000 jam adalah ~0,2%, dibandingkan dengan ~0,8% untuk Kelas 1 dalam kondisi yang sama.
Resistensi oksidasi: Kelas 2 dan Kelas 4 membentuk lapisan oksida TiO₂ yang padat dan melekat pada suhu 200–400 derajat, yang berfungsi sebagai penghalang masuknya oksigen lebih lanjut. Kandungan pengotor Tingkat 4 yang sedikit lebih tinggi tidak mengganggu integritas lapisan oksida, sedangkan tingkat pengotor yang sangat-rendah (misalnya, Tingkat 1) dapat membentuk oksida berpori karena stabilitas kisi yang lebih rendah.
1.1.2 Kelas Khusus untuk Lingkungan Korosif-Suhu Tinggi: Kelas 7 (Ti-0.12Pd)
Meningkatkan ketahanan korosi dalam mereduksi asam (misalnya HCl) pada suhu tinggi
Mencegah korosi lokal (korosi lubang dan celah) yang dapat dipercepat oleh suhu tinggi
Mempertahankan stabilitas mikrostruktur hingga 350 derajat tanpa membentuk fase intermetalik yang rapuh
1.1.3 Kasus Penerapan
Pemrosesan kimia: Kelas 2 digunakan untuk tabung penukar panas yang beroperasi pada suhu 200–250 derajat, sedangkan Kelas 4 digunakan untuk komponen bejana reaktor pada suhu 300–400 derajat.
Sistem bantu dirgantara: Kelas 4 digunakan untuk saluran hidrolik di nacelles mesin pesawat (beroperasi pada 250–300 derajat ) karena ketahanan mulur dan retensi kekuatannya.
Pabrik desalinasi: Kelas 7 digunakan untuk pemanas air garam bersuhu tinggi (250–300 derajat ) untuk menahan korosi klorida dan kelelahan termal.
1.2 Nilai yang Harus Dihindari untuk Suhu-hingga-Tinggi
kelas 1: Kandungan oksigennya yang sangat-rendah menghasilkan retensi kekuatan yang buruk dan ketahanan mulur di atas 250 derajat , sehingga tidak cocok untuk-komponen penahan beban pada suhu tinggi.
kelas 3: Meskipun kinerjanya berada di tingkat menengah antara Kelas 2 dan Kelas 4, produk ini tidak menawarkan keunggulan signifikan dibandingkan Kelas 2 (biaya lebih rendah) atau Kelas 4 (kekuatan lebih tinggi), sehingga menyebabkan penggunaan terbatas pada aplikasi suhu-hingga-tinggi.
2. Kelas CP Titanium dengan Ketangguhan Unggul untuk Lingkungan-Suhu Rendah
2.1 Pemilihan Kelas Optimal: Kelas 1 dan Kelas 2 (Kelas 1 Lebih Diutamakan untuk Suhu Ultra-Rendah)
2.1.1 Keunggulan Inti Kelas 1 untuk Kondisi Kriogenik
Daktilitas-suhu rendah yang luar biasa: Pada -196 derajat (suhu nitrogen cair), Kelas 1 mempertahankan ~80% perpanjangan suhu ruangan (24–28% pada suhu kamar vs. 20–22% pada -196 derajat ) dan ~75% pengurangan luasnya (30–35% pada suhu kamar vs. 25–28% pada -196 derajat ). Sebaliknya, Kelas 4 (kandungan oksigen tinggi) mengalami penurunan perpanjangan sebesar 40% pada -196 derajat (dari 15% pada suhu kamar menjadi 9% pada -196 derajat).
Ketangguhan patah yang tinggi: Ketangguhan patah (KIC) adalah metrik penting untuk bahan kriogenik. Kelas 1 memiliki KIC ~60 MPa·m¹/² pada -196 derajat , sedangkan KIC Kelas 4 turun menjadi ~35 MPa·m¹/² pada suhu yang sama. Kandungan pengotor interstisial yang rendah di Kelas 1 mengurangi distorsi kisi dan menghilangkan pembentukan endapan rapuh, memungkinkan terjadinya deformasi plastis sebelum patah.
Ketahanan terhadap-kelelahan suhu rendah: Pada -100 derajat , batas kelelahan Kelas 1 (10⁷ siklus) adalah ~170 MPa, hanya 5% lebih rendah dari batas kelelahan suhu ruangan (~180 MPa). Sebagai perbandingan, Kelas 4 mengalami penurunan batas kelelahan sebesar 15% pada -100 derajat (dari 150 MPa pada suhu kamar menjadi 127 MPa pada -100 derajat) karena meningkatnya kerapuhan.
2.1.2 Alasan untuk Menghindari Nilai Pengotor-Tinggi (Kelas 3 dan Kelas 4)
Kandungan oksigen/nitrogen yang tinggi pada Kelas 3 dan Kelas 4 meningkatkan kekerasan kisi dan mengurangi mobilitas dislokasi pada suhu rendah, yang menyebabkan transisi dari patahan ulet menjadi patah getas.
Pada suhu di bawah -100 derajat, kadar ini dapat membentuk zona getas lokal pada batas butir, tempat pengotor interstitial terpisah, sehingga memicu patah mendadak akibat benturan atau beban siklik.
2.1.3 Kasus Penerapan
Sistem gas alam cair (LNG).: Grade 1 digunakan untuk pelapis tangki penyimpanan LNG dan pipa transfer (beroperasi pada suhu -162 derajat ) karena ketangguhannya yang tinggi dan ketahanan terhadap kelelahan kriogenik.
Peralatan medis kriogenik: Tingkat 2 digunakan untuk komponen nitrogen cair/freezer pada perangkat pencitraan medis (beroperasi pada -80 derajat hingga -196 derajat ) untuk menyeimbangkan ketangguhan dan kekuatan sedang.
Sistem bahan bakar kriogenik dirgantara: Kelas 1 digunakan untuk saluran bahan bakar hidrogen cair (beroperasi pada -253 derajat ) untuk mencegah kegagalan getas pada beban dingin dan getaran yang ekstrim.
