1. Jaký je hlavní deformační mechanismus průmyslového čistého titanu při působení statického a válečného zatížení?
Hlavním deformačním mechanismem je skluz. Jak plastická deformace postupuje, stále se objevuje velké množství kluzných pásů a zrna a krystaly jsou roztahovány a deformovány. Když plastická deformace překročí určitou mez, dochází k praskání. Když je ve stavu komplexního napětí, smykový skluz je dominantní, to znamená, že k prokluzu dochází hlavně podél dvou sad rovin, které jsou 45 stupňů vůči tahové síle. Jak skluz postupuje postupně, trhliny se dále vyvíjejí a jejich konce zůstávají ostré a vroubkované. Zrna v blízkosti konce trhliny jsou natažena v důsledku silné deformace. Každé zrnko je jako jediný krystal omezený okolím a jedno po druhém se odpojují kvůli skluzu.
2. Jaké jsou rozdíly mezi pevnostními charakteristikami titanu při statickém zatížení a ocelových materiálů běžně používaných v tlakových nádobách?
Pevnostní charakteristiky titanu při statickém zatížení se liší od pevnostních charakteristik oceli běžně používané v tlakových nádobách. Nemá zjevnou fyzickou výtěžnost, ale vytváří zvláštní chování, jako je poddajnost podobná pile, jevy akustické emise, termoplasticita, tečení za studena, pseudoelasticita a efekty tvarové paměti.
3. Proč má průmyslově čistý titan stále vysokou houževnatost při teplotě 196 stupňů? Jaké faktory ovlivňují jeho houževnatost při nízkých teplotách?
Pevnost průmyslového čistého titanu s klesající teplotou roste, ale plasticita se příliš nesnižuje a stále má dobrou tažnost a houževnatost, takže je vhodný pro použití jako konstrukční materiál pro nízkoteplotní tlakové nádoby. Důvod, proč má titan vysokou plasticitu při nízkých teplotách, je ten, že jeho hlavní deformační metodou při nízkých teplotách je tvorba dvojčat. V rámci stejného stupně deformace se s klesající teplotou zvyšuje hustota a počet zrn vytvořených v zrnech a zároveň se mění tvar mezivrstvy dvojčat. Jak se stupeň deformace zvyšuje, polykrystalický agregát zcela vyroste do krystalů, dosáhne zpevnění samotných zrn a poté začne mezikrystalová deformace.
Hlavním faktorem ovlivňujícím nízkoteplotní vlastnosti titanu je obsah intersticiálních prvků. Průmyslově čistý titan s nízkým obsahem intersticiálních prvků (N, 0, H, C) a železa má lepší odolnost proti lámavosti za studena. Za druhé, výrobní proces titanového zařízení má také vliv na výkon při nízkých teplotách. Kromě laxní kontroly procesních podmínek a vlivu vnikajícího plynu nečistot na výkon ovlivňuje míra deformace za studena při lisování také nízkoteplotní výkon. Když velikost deformace za studena překročí určitou mez, dojde ke křehkosti při nízkých teplotách.
4. Proč se říká, že anizotropní titanové materiály způsobí větší odpad podle konstrukčních směrnic izotropních ocelových tlakových nádob?
Průmyslový čistý titan a typ Aslitiny titanujsou hexagonální těsně sbalené krystaly při pokojové teplotě a jejich kovová mřížka má zjevné přednostní jevy orientace, což vede k anizotropii monokrystalů titanu. Tato anizotropie je dále zesílena během procesu válcování titanových materiálů, takže válcované titanové materiály mají zjevnou anizotropii. Proto mají titanové tlakové nádoby lepší výhody obousměrného zpevnění, to znamená, že titanové materiály jsou vystaveny působení obousměrného napětí. Pevnost pod napětím je výrazně zlepšena ve srovnání s jednosměrnou pevností a má zpevňující účinek při jakémkoli obousměrném poměru napětí. Pro zpevňovací účinek kulových titanových tlakových nádob dosahují teoretické a experimentální výsledky 50 % a 40 %. U kruhové jednoduché titanové tlakové nádoby, kdy se obvodový směr shoduje se směrem válcování desky, teoretická hodnota a experimentální hodnota zpevňovacího účinku dosahuje 4 2 % respektive 3 6 %; když je obvodový směr kolmý ke směru válcování desky, dosáhla teoretická hodnota 48 % a experimentální hodnoty 37 %. Proto je metoda výpočtu tloušťky stěny titanových tlakových nádob založena na předpisech GB 150-2011 „Pressure Vessels“, které vyžadují o 20 % až 40 % více titanového materiálu ke spotřebě.
5. Proč je obvodová únosnost válcovaných titanových teplosměnných trubek výrazně vyšší než axiální únosnost?
Vzhledem k preferované orientaci průmyslového čistého titanu a "typu slitiny titanu" je způsobena anizotropie monokrystalu titanu. Stupeň této anizotropie se dále zvyšuje procesem válcování. Zejména válcované titanové trubky jsou obvykle ortotropní, to znamená, že axiální, obvodový a radiální směr jsou tři anizotropní směry hlavní osy; a jsou vždy válcovány v jednom směru, takže válcované titanové teplosměnné trubky jsou Stupeň anizotropie je vyšší než u desky. Podle výsledků zkoušek axiální a obvodové únosnosti titanových trubek je obvodová mez kluzu i mez pevnosti vyšší než axiální směr a rozdíl v meze kluzu dosahuje 33 %. Proto je obvodová únosnost válcovaných titanových trubek výrazně vyšší. Vyšší než axiální směr je mez kluzu a mez pevnosti titanové trubky při dvouosém namáhání výrazně vyšší než při jednoosém namáhání.
