I. Reakcija s plinovima
1. Kisik
- Titan je vrlo reaktivan s kisikom u okruženjima visoke temperature. Kada temperatura poraste blizu tališta titana (oko 1668 stupnjeva), titan brzo reagira s kisikom u okolnom okruženju. Ova reakcija stvara oksidni film na površini titana, a oksidni film nastavlja se zgušnjavati kako temperatura raste i vrijeme se produljuje. Ovo ne samo da troši sam titanski materijal, već i mijenja kemijski sastav titana, utječući na njegovu čistoću i performanse. Na primjer, u nekim otvorenim visokotemperaturnim pećima, ako se ne poduzmu učinkovite mjere zaštite, oksidacija površine titana dovest će do pada kvalitete konačnog proizvoda i neće zadovoljiti vrhunske primjene (kao što su zahtjevi za dijelove od legure titana u području zrakoplovstva).
2. Dušik
- Titan je također sklon reagirati s dušikom na visokim temperaturama. Molekule dušika se razgrađuju i spajaju s atomima titana na visokim temperaturama i stvaraju titanove nitride. Formiranje ovih nitrida mijenja kristalnu strukturu titana, čineći ga lomljivijim. Ovaj fenomen krtosti je vrlo nepovoljan tijekom obrade na visokim temperaturama, kao što je lijevanje ili kovanje proizvoda od titana. To može uzrokovati pucanje ili čak lomljenje proizvoda od titana tijekom naknadne obrade ili upotrebe, smanjujući pouzdanost i životni vijek titanskih materijala.
3. Vodik
- Vodik u okruženjima visoke temperature također će utjecati na titan. Titan lako apsorbira vodik i stvara hidride unutar titana. Prisutnost hidrida može uzrokovati vodikovu krtost titana, značajno smanjujući žilavost i duktilnost titana. U nekim visokotemperaturnim i visokotlačnim kemijskim reakcijskim posudama, ako se koriste titanski materijali, infiltracija vodika može uzrokovati ozbiljne sigurnosne opasnosti, jer titanski materijal nakon vodikove krtosti možda neće moći izdržati pritisak unutar spremnika i slomiti se.
2. Utjecaj nečistoća
1. Nečistoće u sirovinama
- Taljenje titana obično počinje ekstrakcijom ruda koje sadrže titan (kao što su ilmenit ili rutil). Ove rude često sadrže druge elemente nečistoće, kao što su željezo, mangan, silicij, itd. Tijekom procesa taljenja na visokoj temperaturi, ti elementi nečistoće mogu s titanom tvoriti eutektike niske točke tališta. Prisutnost ovih eutektika promijenit će karakteristike taljenja titana, smanjiti stvarni raspon temperature taljenja titana i može uzrokovati lokalno pregrijavanje ili prekomjerno hlađenje tijekom procesa taljenja, utječući na ujednačenost strukture skrućivanja titana, a time i mehanička svojstva proizvoda od titana.
2. Unošenje nečistoća tijekom obrade
- Tijekom procesa taljenja titana mogu se unijeti nečistoće upotrebljeni materijali peći i alati. Na primjer, ako je vatrostalni materijal peći loše kvalitete, neke komponente se mogu otopiti u tekućini od titana na visokim temperaturama. Ove strane nečistoće ometat će normalan proces taljenja i skrućivanja titana i mogu uzrokovati inkluzije u titanu, smanjujući kvalitetu titana. U nekim primjenama koje zahtijevaju izuzetno visoku čistoću materijala od titana, kao što su medicinski implantati, prisutnost ovih nečistoća nije dopuštena jer mogu izazvati imunološki odgovor ili druge štetne zdravstvene učinke u ljudskom tijelu.
III. Poteškoće u kontroli temperature
1. Lokalno pregrijavanje
- Prilikom taljenja titana u okolini visoke temperature, postoji sklonost lokalnom pregrijavanju zbog relativno slabe toplinske vodljivosti titana. Na primjer, u procesu taljenja titana korištenjem elektronske zrake, energija elektronske zrake je visoko koncentrirana. Ako staza skeniranja ili snaga nisu pravilno kontrolirani, temperatura lokalnog područja titana bit će previsoka. Lokalno pregrijavanje uzrokovat će neujednačenost mikrostrukture titana i stvaranje grubih zrnaca, čime se smanjuje čvrstoća i žilavost titana. U industrijama kao što je zrakoplovstvo koje imaju stroge zahtjeve za performanse titanskih materijala, ova mikrostrukturna nehomogenost može uzrokovati rano otkazivanje dijelova tijekom uporabe.
2. Gradijent temperature
- Održavanje odgovarajućeg gradijenta temperature tijekom procesa taljenja titana također je izazov. Ako je temperaturni gradijent prevelik, uzrokovat će veći toplinski stres tijekom procesa skrućivanja titana. Ovaj toplinski stres može uzrokovati nedostatke kao što su deformacije i pukotine u proizvodima od titana. Prilikom proizvodnje velikih konstrukcijskih dijelova od titana, kao što su kućišta motora zrakoplova od legure titana, zbog složene strukture i velike veličine vrlo je teško kontrolirati temperaturni gradijent tijekom procesa taljenja i skrućivanja, što zahtijeva precizne sustave grijanja i hlađenja te naprednu kontrolu procesa tehnologija.
