1. Oxigen (O)
Efecte sobre les propietats mecàniques: La impuresa més impactant per a CP Ti. L'oxigen es dissol intersticialment a la xarxa de titani, augmentant la resistència a la fluència (YS), la resistència a la tracció (TS) i la duresa. Per exemple:
Grau 1 (O Inferior o igual a 0,18%): YS ≈ 170-280 MPa, TS ≈ 240-370 MPa;
Grau 2 (O Inferior o igual a 0,25%): YS ≈ 275-485 MPa, TS ≈ 345-550 MPa.
Un contingut d'oxigen més alt millora la resistència, però redueix la ductilitat (allargament i reducció de l'àrea) i la tenacitat, fent que el material sigui més propens a la fractura fràgil sota càrrega dinàmica.
Resistència a la corrosió: L'addició lleugera d'oxigen millora la resistència a la corrosió general en entorns suaus (p. ex., aire, aigua), però pot degradar la resistència a la corrosió per picades/esquerdes en medis durs (p. ex., solucions de clorur) a concentracions elevades.
Implicacions del processament: Augmenta la resistència al treball en calent/fred, requerint forces de conformació més altes o temperatures de recuit per mantenir la ductilitat.
2. Ferro (Fe)
Propietats mecàniques: Acts as a substitutional solid solution strengthener. Fe (max 0.2% for Grade 1, 0.3% for Grade 2) increases strength and hardness moderately without severe ductility loss (compared to oxygen). Excess Fe (>El 0,5%) forma fases intermetàl·liques fràgils (per exemple, TiFe), reduint la tenacitat i la resistència a la fatiga.
Resistència a la corrosió: Les concentracions baixes de Fe (menys o iguals al 0,3%) tenen un impacte mínim, però l'excés de Fe afavoreix la corrosió galvànica en entorns rics en clorur-(per exemple, aigua de mar) mitjançant la creació de cèl·lules microgalvàniques entre els precipitats rics en Fe- i la matriu de Ti.
Soldabilitat: Trace Fe millora la fluïdesa de la piscina de soldadura, però pot augmentar el risc d'esquerdes de soldadura si les concentracions superen les especificacions, ja que es formen intermetàl·lics durant la solidificació.
3. Carboni (C)
Propietats mecàniques: Es dissol intersticialment, augmentant la força i la duresa. El carboni (màxim 0,08% per a ambdós graus) té un efecte de reforç més feble que l'oxigen, però provoca una reducció de la ductilitat més important en superar els límits. L'excés de C forma precipitats de TiC, que actuen com a concentradors d'estrès, reduint la duresa i la vida a la fatiga.
Resistència a la corrosió: els precipitats de TiC són electroquímicament inerts, però poden degradar la resistència a la corrosió de les esquerdes atrapant medis corrosius a la interfície-de la matriu del precipitat.
Rendiment d'alta -temperatura: Millora la resistència a la fluència a temperatures moderades (300-500 graus), però redueix l'estabilitat tèrmica per sobre dels 500 graus, ja que el TiC reacciona amb l'oxigen per formar TiO₂ i CO₂.
4. Nitrogen (N)
Propietats mecàniques: A potent interstitial strengthener-even lower concentrations (max 0.03% for Grade 1, 0.05% for Grade 2) significantly increase strength and hardness. Excess N (>El 0,05%) provoca una pèrdua severa de ductilitat i fragilitat, ja que els àtoms de nitrogen creen una distorsió de la xarxa i formen precipitats de TiN.
Resistència a la corrosió: Trace N millora la resistència a l'oxidació a altes temperatures, però redueix la resistència a la corrosió per picada en solucions de clorur àcid quan les concentracions superen les especificacions.
Fabricació: Augmenta la fragilitat, fent que el material sigui més susceptible d'esquerdes durant la soldadura, el plegat o el mecanitzat si no es recuit adequadament.
5. Hidrogen (H)
Efecte crític: fragilització de l'hidrogen: La impuresa més perjudicial per al Ti. L'hidrogen (màxim 0,015% per als dos graus) es dissol intersticialment a concentracions baixes, però forma fases d'hidrur fràgil (TiH₂) quan superen ~ 0,02%. Els hidrurs causen una fragilitat severa, reduint la ductilitat, la duresa i la resistència a la fatiga-fins i tot provocant una fallada catastròfica sota esforç de tracció.
Implicacions de la corrosió: L'hidrogen s'absorbeix sovint durant la corrosió en ambients àcids o la soldadura amb elèctrodes humits. Accelera el craqueig per corrosió per tensió (SCC) en medis que contenen clorur-.
Mitigació: control estricte del contingut d'H i recuit post{0}}fabricació (500-600 graus durant 1-2 hores) per eliminar l'hidrogen absorbit.
6. Altres impureses traces (p. ex., silici, alumini, manganès)
Silici (Si, màxim 0,1% per als dos graus): millora la -resistència a l'oxidació a alta temperatura, però pot formar siliciurs fràgils (Ti₅Si₃) a concentracions excessives, reduint la duresa.
Alumini (Al, màxim 0,1%): Minimal impact on mechanical properties but enhances oxidation resistance at temperatures >600 graus.
Manganès (Mn, màxim 0,05%): Efecte insignificant sobre les propietats si es troben dins dels límits; L'excés pot promoure la formació intermetàl·lica.
Resum dels impactes clau per grau
Implicacions pràctiques per a ús industrial
Grau 1: Preferit per a aplicacions que requereixen una gran ductilitat, conformabilitat o rendiment criogènic (per exemple, dipòsits químics, intercanviadors de calor, implants mèdics) a causa del seu menor contingut d'impureses (O, Fe, N).
Grau 2: el grau de CP Ti més utilitzat, equilibrant la resistència i la ductilitat per a aplicacions generals d'enginyeria, aeroespacial i marines-els seus límits d'impureses lleugerament més alts (p. ex., O inferior o igual al 0,25%, Fe inferior o igual al 0,3%) fan que sigui rendible-a la vegada que manté un rendiment suficient.
Control de qualitat: L'adhesió a les especificacions ASTM B265 (estàndard per a làmines/plaques CP Ti) o AMS 4900/4901 és fonamental per limitar les impureses, garantint propietats coherents i fiabilitat en aplicacions d'ús final-.
