Il titanio di grado 2 (titanio commercialmente puro, UNS R50400) è definito da rigorosi limiti di contenuto di ossigeno in conformità con gli standard internazionali comeASTM B348(per barre di titanio e leghe di titanio) eASTM B265(per lastre/piastre in titanio e leghe di titanio).
Il contenuto massimo di ossigeno del titanio di grado 2 è0,25% in peso.
Questo limite è un elemento chiave di differenziazione dai gradi di purezza-inferiori (ad esempio, il Grado 1 ha un contenuto massimo di ossigeno dello 0,18%) e dai gradi di resistenza-più elevati (ad esempio, il Grado 3 ha un contenuto massimo di ossigeno dello 0,35%). L'ossigeno è intenzionalmente controllato come elemento legante interstiziale per bilanciare le proprietà meccaniche e la lavorabilità.
L'ossigeno agisce come arafforzamento dell'elemento interstizialein titanio commercialmente puro, ma il suo contenuto ha un effetto di compromesso-su resistenza e tenacità:
Impatto sulla forza
Entro il limite standard (inferiore o uguale allo 0,25% in peso), un aumento del contenuto di ossigeno porta ad un aumento significativo della resistenza del titanio di grado 2. Questo perché gli atomi di ossigeno occupano siti interstiziali nella struttura cristallina esagonale -impacchettata (HCP) del titanio, causando distorsioni del reticolo e impedendo il movimento delle dislocazioni. Di conseguenza, entrambiresistenza alla trazioneEforza di snervamentoaumentano proporzionalmente al contenuto di ossigeno. Ad esempio, il Grado 2 con un contenuto di ossigeno al limite superiore (0,25%) ha tipicamente un limite di snervamento di ~275 MPa, mentre un campione di Grado 2 con un contenuto di ossigeno inferiore (ad esempio, 0,15%) può avere un limite di snervamento di ~240 MPa.
Impatto sulla tenacità
L'aumento del contenuto di ossigeno è accompagnato da una riduzione della tenacità e della duttilità del titanio di grado 2. Un eccesso di ossigeno (avvicinandosi o superando il limite dello 0,25%) aumenta la fragilità del materiale, poiché la struttura reticolare distorta rende più difficile per il materiale deformarsi plasticamente prima della frattura. Ciò si manifesta come una diminuzioneallungamento a rotturaEriduzione dell'area. Ad esempio, il grado 2 con lo 0,25% di ossigeno ha un allungamento di circa il 20–25%, mentre una variante con ossigeno inferiore- può avere un allungamento di circa il 28–30%. Oltre il limite standard, l'ossigeno può addirittura provocare infragilimento, compromettendo gravemente la resistenza del materiale agli urti e alla fatica.
Le proprietà meccaniche del titanio di grado 2 dipendono dalla temperatura- e le sue prestazioni variano in modo significativo negli intervalli di temperatura criogenica, ambientale ed elevata. Di seguito sono riportati i dati sulle proprietà meccaniche tipiche (in conformità con gli standard ASTM) per il titanio di grado 2 a temperature comuni:
Note chiave sulle prestazioni-correlate alla temperatura:
Temperature criogeniche (da -270 gradi a -196 gradi): il titanio di grado 2 mostra eccellenti prestazioni criogeniche-la sua resistenza aumenta in modo significativo rispetto alla temperatura ambiente, mentre la duttilità viene mantenuta a un livello ragionevole. Ciò lo rende adatto per applicazioni a bassa-temperatura come i serbatoi di stoccaggio di gas liquido.
Temperatura ambiente (25 gradi): Il materiale raggiunge una combinazione equilibrata di resistenza e duttilità, che costituisce la base per il suo ampio utilizzo nella lavorazione chimica, nell'ingegneria navale e nei dispositivi medici.
Temperature elevate (da 100 gradi a 400 gradi): La resistenza diminuisce gradualmente con l'aumentare della temperatura, ma la duttilità aumenta leggermente. Il titanio di grado 2 può essere utilizzato continuamente a temperature fino a 315 gradi; sopra i 400 gradi, la resistenza all'ossidazione e la stabilità meccanica diminuiscono drasticamente, limitandone il servizio a lungo-termine in ambienti ad alta-temperatura.
