1. Mekaniske egenskaper ved romtemperatur (25 grader)
Kommersielt rent (CP) titan (f.eks. GR.1/GR.2)
CP titan har en enkel -mikrostruktur ved romtemperatur. Strekkfastheten varierer fra 240–485 MPa (GR.1 til GR.2), med forlengelsesverdier på 20–30 % og høy bruddseighet (Større enn eller lik 60 MPa·m¹/²). Egenskapene domineres av interstitielle elementer (O, N, C): høyere oksygeninnhold øker styrken, men reduserer duktiliteten. Ved romtemperatur har CP-titan god formbarhet og korrosjonsbestandighet, noe som gjør den egnet for ikke-høye-belastninger som kjemiske rør og medisinske implantater
.+ Titanlegeringer (f.eks. GR.5/Ti-6Al-4V)
GR.5 har en dobbel + fase struktur ved romtemperatur. I glødet tilstand når dens strekkstyrke 860–900 MPa, flytegrense ~800 MPa, forlengelse ~10–15 % og utmattingsstyrke (10⁷ sykluser) ~400 MPa. Den balanserte + mikrostrukturen gir en avveining- mellom styrke, duktilitet og seighet, mens dens lave elastisitetsmodul (110 GPa, ~50 % av stål) reduserer spenningsskjerming i biomedisinske implantater og forbedrer vibrasjonsdemping i romfartskonstruksjoner.
2. Mekaniske egenskaper ved høye temperaturer (200 grader / 300 grader)
Styrke- og stivhetsreduksjon
Ved 200 grader reduseres strekkfastheten til glødet GR.5 med ~10–15 % (til 750–780 MPa) sammenlignet med romtemperatur, og ved 300 grader synker den med ~20–25 % (til 650–700 MPa). Flytestyrken synker også (til ~700 MPa ved 200 grader og ~600 MPa ved 300 grader) på grunn av økt dislokasjonsmobilitet og reduserte interatomiske bindingskrefter. Titaniums elastisitetsmodul avtar lineært med temperaturen (fra 110 GPa ved RT til ~105 GPa ved 200 grader og ~100 GPa ved 300 grader), noe som reduserer strukturell stivhet.
Krypemotstand
Kryp (tids-avhengig plastisk deformasjon under konstant belastning) blir merkbar ved temperaturer over 200 grader for titanmaterialer. CP titan har dårlig krypemotstand ved 300 grader og tåler ikke-langvarige statiske belastninger, mens + legeringer som GR.5 viser bedre krypeytelse: under en belastning på 200 MPa ved 300 grader, er krypebelastningen etter 1000 timer mindre enn 0,1 %, og oppfyller kravene til 40-motorer som er typiske for luft- og romfartsmotorer. grad ). -glødet GR.5 har høyere krypemotstand enn glødet eller STA-grader ved 300 grader på grunn av sin lamellære + mikrostruktur, som hindrer dislokasjonsbevegelse.
Endringer i duktilitet og seighet
Forlengelsen av GR.5 øker litt ved 200 grader (til ~15–18 %) på grunn av redusert arbeidsherding, men ved 300 grader begynner den å avta (til ~10–12 %) ettersom korngrenseglidning og oksidasjons-indusert sprøhet blir fremtredende. Bruddfastheten avtar også med ~10 % ved 300 grader, ettersom høye temperaturer fremmer dannelsen av mikrohulrom ved fasegrenser.
3. Mekaniske egenskaper ved kryogene temperaturer (-196 grader)
StyrkeforbedringVed -196 grader øker strekkstyrken til glødet GR.5 til ~1100–1200 MPa (en 30–40 % økning fra romtemperatur), og flytegrensen øker til ~950–1000 MPa. CP titanium (GR.2) ser også en styrkeøkning (strekkfasthet fra 485 MPa ved RT til ~600 MPa ved -196 grader). Dette er fordi kryogene temperaturer reduserer dislokasjonsmobiliteten, øker gitterfriksjonsspenningen og undertrykker dannelsen av deformasjonsinduserte mikrosprekker, noe som fører til uttalt arbeidsherding under plastisk deformasjon.
Duktilitet og seighetsforbedring
I motsetning til stål eller aluminium (som mister duktilitet ved -196 grader), opprettholder eller forbedrer titanmaterialer duktilitet og seighet ved kryogene temperaturer. Forlengelsen av GR.5 øker til ~15–20 % ved -196 grader (fra 10–15 % ved romtemperatur), og bruddseigheten øker med ~20–30 % (til mer enn eller lik 70 MPa·m¹/²). CP-titans forlengelse når 25–30 % ved -196 grader, uten tegn til sprø overgang. Dette skyldes stabiliteten til -fasen ved kryogene temperaturer (ingen fasetransformasjonsindusert sprøhet) og undertrykkelsen av hydrogensprøhet (hydrogendiffusjon hemmes ved lave temperaturer).
Utmattelse og effektytelse
Kryogene temperaturer øker også utmattelsesstyrken til GR.5: dens 10⁷-syklustretthetsstyrke øker til ~500–550 MPa ved -196 grader (opp fra 400 MPa ved RT). Slagfastheten (Charpy V-notch) øker fra ~40 J ved RT til ~60 J ved -196 grader, noe som gjør den egnet for kryogene applikasjoner som lagringstanker for flytende naturgass (LNG), rakettdrivstofftanker og støtte for superledende enheter.
