1. Tretthetsstyrke til titanlegeringer
Nøkkelegenskapene til utmattelsesstyrke i titanlegering
For glødet Ti-6Al-4V (den mest allestedsnærværende titanlegeringen), varierer tretthetsstyrken ved romtemperatur (ved 10⁷ sykluser, R=-1, hvor R er spenningsforholdet mellom minimum og maksimum spenning) fra300–400 MPa, med noen varmebehandlede-varianter som når 450–500 MPa. Dette er betydelig høyere enn for 304 rustfritt stål (≈170 MPa) og 6061-T6-aluminium (≈90 MPa) under de samme testforholdene, noe som gjør Ti-6Al-4V ideell for høysyklus-tretthet (HCF)-applikasjoner.
For titanlegeringer med høy-styrke (f.eks. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2.5Sn), kan utmattingsstyrken overstige 500 MPa i løsningsbehandlet og aldret (STA) tilstand, ettersom de fine utfelte fasene i mikrostrukturen hindrer bevegelse av dislokasjon og sprekkdannelse.
Dobbel-fase ( + ) legeringer (f.eks. Ti-6Al-4V): Deres balanserte / mikrostruktur gir optimal tretthetsmotstand. -fasen bidrar til styrke og motstand mot sprekkforplantning, mens -fasen øker duktiliteten og hemmer sprekkinitiering. Over-aldring eller overdreven kaldbearbeiding kan imidlertid gjøre -fasepartikler grovere eller introdusere restspenninger, noe som reduserer utmattingsstyrken med 10–20 %.
legeringer (f.eks. Ti-5Al-2.5Sn): Disse legeringene har utmerket ytelse med lav-syklustretthet (LCF) på grunn av deres stabile HCP--fasemikrostruktur, med LCF-levetid (ved Δσ/2=500 MPa) som overstiger 10⁴ sykluser. De er mye brukt i romfartskomponenter med lav-temperatur.
legeringer (f.eks. Ti-10V-2Fe-3Al): Med en fullstendig BCC -fasestruktur tilbyr disse legeringene høy motstand mot tretthetssprekkervekst (da/dN ≈ 10⁻⁸ m/syklus ved ΔK=20 MPa·m¹/²) og er egnet for komponenter under dynamiske, høye-belastningsforhold (f.eks. helikopterrotoraksler).
Korrosiv miljøtretthet (CAF): I medier som inneholder sjøvann eller klorid-, opprettholder titanlegeringer langt bedre utmattingsytelse enn stål eller aluminium, siden deres passive oksidfilm forhindrer korrosjon-indusert sprekkinitiering. Ti-6Al-4Vs utmattelsesstyrke i sjøvann reduseres bare med 5–10 % (til ≈350 MPa ved 10⁷ sykluser), mens 304 rustfritt stål opplever et 50 % fall på grunn av gropkorrosjon.
Overflatetilstandsfølsomhet: Overflatedefekter (f.eks. maskineringsmerker, mikrosprekker) og hydrogenforurensning er store utløser for tretthetssvikt. Kulepening eller anodisering kan forbedre utmattelsesstyrken med 20–30 % ved å introdusere kompressive restspenninger og forbedre overflatepassivering. Omvendt kan hydrogensprøhet redusere utmattelseslevetiden med opptil 50 % ved å fremme intergranulær sprekkvekst ved lave temperaturer.
Ved kryogene temperaturer (f.eks. -196 grader), øker Ti-6Al-4Vs utmattelsesstyrke til450–500 MPapå grunn av forbedret atombinding og redusert dislokasjonsmobilitet, uten duktil-til-sprø overgang i tretthetsadferd.
Ved forhøyede temperaturer (opptil 300 grader) forblir utmattelsesstyrken over 250 MPa (10⁷ sykluser), men over 400 grader forårsaker oksidasjon og mykgjøring av korngrensene en rask nedgang (mister 30–40 % av rom-temperaturtretthetsstyrken ved 500 grader).
2. Krypeegenskaper til titanlegeringer
Nøkkelegenskapene til titanlegeringskrypytelse
+ legeringer (f.eks. Ti-6Al-4V): Deres maksimale-langsiktige krypetjenestetemperatur er300–350 grader. Ved 300 grader og 200 MPa spenning er krypehastigheten i stabil-tilstand Mindre enn eller lik 10⁻⁸ s⁻¹, og krypdeformasjonen er mindre enn 0,1 % etter 10 000 timers eksponering-tilstrekkelig for kompressorblader til flymotorer og underkonstruksjoner. Over 400 grader akselererer krypehastigheten kraftig (over 10⁻⁶ s⁻¹ ved 450 grader /200 MPa) på grunn av -fasegrovning og korngrenseglidning.
legeringer (f.eks. Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo): Disse legeringene har den høyeste krypemotstanden blant titanlegeringer, med en lang-brukstemperatur på400–500 grader. For eksempel har Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo ved 450 grader og 250 MPa en steady-state krypehastighet på mindre enn eller lik 5×10⁻⁹ s⁻¹ og en bruddlevetid som overstiger 100 000 timer, noe som gjør den egnet for rommotordeler med høy temperatur.
legeringer: Krypemotstanden deres er lavere enn og + legeringer, med en maksimal driftstemperatur på 300–350 grader, ettersom BCC -fasen har høyere atommobilitet og er utsatt for krypdeformasjon under langvarig-påkjenning.
Ved lave temperaturer (<400°C) and high stresses, creep is dominated by dislokasjon klatre og glii -fasen, med -fasen som fungerer som en barriere for dislokasjonsbevegelse (forbedrer krypemotstanden i dobbel-faselegeringer).
At high temperatures (>450 grader),korngrenseglidning og diffusjonskrypbli dominerende. legeringer med fine, jevnt fordelte korn og solide-oppløsnings-forsterkede elementer (Al, Sn, Zr) motstår effektivt at korngrensene glir, derav deres overlegne krypeytelse ved høye-temperaturer.
Varmebehandling spiller en kritisk rolle: Løsningsbehandling etterfulgt av aldring (STA) for + legeringer utfeller fine -fasepartikler i -matrisen, som stifter dislokasjoner og reduserer krypehastigheten med 50–70 % sammenlignet med glødet tilstand.
I oksiderende atmosfærer, hemmer dannelsen av en tett TiO₂-Al₂O₃ passiv film på titanlegeringer (spesielt de med høyt Al-innhold) oksygendiffusjon og reduserer krypesprøhet. Ved temperaturer over 550 grader blir imidlertid oksidfilmen porøs, noe som lar oksygen trenge inn i matrisen og danne et sprøtt "alfahus", som akselererer krypbrudd.
I hydrogenholdige-miljøer øker hydrogenabsorpsjon krypehastigheten ved å fremme dislokasjonsmobilitet og intergranulær sprekkdannelse, noe som begrenser krypelevetiden til titanlegeringer i slike atmosfærer med 20–30 %.
