Il Grado 2 e il Grado 3 sono entrambi classificati come titanio commercialmente puro (non legato) secondo ASTM B265 e altri standard internazionali. Condividono la stessa natura di base del titanio ad elevata-purezza, ma i limiti della loro composizione chimica, in particolare gli elementi interstiziali, sono rigorosamente controllati a diversi livelli. Queste differenze apparentemente piccole determinano direttamente le loro proprietà meccaniche, formabilità e campi di applicazione. Di seguito è riportato un confronto dettagliato delle loro caratteristiche di composizione.
Entrambi i gradi si basano sul Ti come componente principale, con una purezza del titanio superiore al 99%. Le differenze principali risiedono negli elementi interstiziali come ossigeno, azoto, idrogeno, carbonio e nell'elemento residuo ferro. Tra queste, il contenuto di ossigeno è la variabile più critica e rappresentativa.
Ossigeno (O)è l'elemento più influente nel titanio commercialmente puro. Per il Grado 2, il contenuto massimo di ossigeno è limitato allo 0,18%, mentre per il Grado 3 è aumentato allo 0,25%. L'ossigeno agisce come un solido-rinforzante della soluzione nel titanio: un contenuto di ossigeno più elevato migliora significativamente la resistenza alla trazione, il carico di snervamento e la durezza, ma riduce la duttilità e la formabilità. Questo è il motivo fondamentale per cui il Grado 3 ha una resistenza maggiore ma prestazioni di piegatura e stampaggio inferiori rispetto al Grado 2.
Azoto (N)ha un effetto rinforzante simile a quello dell'ossigeno. Sia il Grado 2 che il Grado 3 hanno lo stesso limite di azoto, con un contenuto massimo dello 0,03%. Anche l'azoto è un forte elemento rinforzante, ma il suo contenuto è generalmente basso nella produzione industriale e non costituisce una reale differenza tra i due gradi.
Carbonio (C)è un elemento residuo comune. Il contenuto massimo di carbonio sia per il Grado 2 che per il Grado 3 è dello 0,10%. All'interno di questo intervallo, il carbonio ha poco effetto sulle proprietà di base del titanio puro e non contribuisce alla differenza di prestazioni tra i due gradi.
Idrogeno (H)devono essere rigorosamente controllati per evitare l’infragilimento da idrogeno. Entrambi i gradi hanno lo stesso limite di idrogeno, con un massimo dello 0,015%. Il basso contenuto di idrogeno garantisce una buona tenacità ed evita fessurazioni durante la lavorazione o il servizio.
Ferro (Fe)è il principale elemento residuo nelle leghe di titanio. Il contenuto massimo di ferro sia per il Grado 2 che per il Grado 3 è dello 0,30%. Anche il ferro rinforza leggermente il titanio, ma poiché i limiti sono identici, il ferro non provoca differenze tra i due gradi.
In sintesi, il Grado 2 e il Grado 3 hanno sistemi di composizione chimica quasi identici - l'unica differenza reale e significativa è il contenuto di ossigeno. Il grado 2 utilizza una quantità inferiore di ossigeno per mantenere eccellenti prestazioni di duttilità, formabilità, piegatura e stampaggio; Il grado 3 aumenta adeguatamente l'ossigeno per ottenere resistenza e rigidità più elevate, pur mantenendo una buona lavorabilità.
Questa differenza controllata nella composizione rende il Grado 2 adatto per parti che richiedono imbutitura profonda, piegatura e formatura complessa, mentre il Grado 3 viene utilizzato in parti strutturali che richiedono maggiore resistenza e una certa rigidità. Comprendere le differenze di composizione aiuta gli utenti a selezionare il grado di titanio corretto per la progettazione dei materiali, il processo di produzione e le applicazioni ingegneristiche.
