1. Oksidasjonsmotstand av grad 5 titanlegering ved høye temperaturer
Grad 5 titanlegering viser god oksidasjonsmotstand ved moderate temperaturer, men ytelsen er temperaturavhengig.
Ved temperaturer opp til 300 grader – 350 grader danner legeringen et tynt, tett og vedheftende oksidlag hovedsakelig sammensatt av TiO₂. Dette beskyttende laget forhindrer ytterligere oksygendiffusjon inn i underlaget, noe som resulterer i langsom oksidasjonskinetikk og stabil ytelse under langvarig bruk.
Når temperaturen overstiger 400 grader, akselererer oksidasjonen merkbart. Oksydlaget blir tykkere, mindre jevnt og kan miste vedheft, noe som fører til økt oksygenoppløsning i titanmatrisen. Over 450 grader – 500 grader forårsaker oksygeninntrengning oksygensprøhet: oksygenatomer oppløses interstitielt i titangitteret, noe som øker hardheten, men reduserer duktiliteten og slagfastheten kraftig. Dette fenomenet er kjent som interstitiell sprøhet.
Grad 5 anbefales derfor ikke for kontinuerlig bruk over 400 grader hvis det kreves strukturell integritet og duktilitet. For applikasjoner over 400 grader foretrekkes oksidasjonsbestandige belegg eller titanlegeringer med høyere temperatur som IMI 834 eller Ti-6242.
2. Langsiktig service: Styrke og nedbrytning av korrosjonsbestandighet
(1) Langsiktig styrkeforringelse
Under langvarig eksponering for høye temperaturer gjennomgår titanlegering av grad 5 mikrostrukturelle endringer som påvirker mekaniske egenskaper.
I området 300 grader – 350 grader forblir strekkstyrke og flytestyrke relativt stabile i tusenvis av timer.
Langvarig holding mellom 400 grader – 550 grader forårsaker alfafase forgrovning og termisk avslapning, noe som fører til en gradvis reduksjon i strekkstyrke og utmattelsesstyrke.
Oksygendiffusjon og interstitiell sprøhet reduserer duktiliteten og bruddseigheten ytterligere.
For langsiktig pålitelig ytelse aksepterer industrien generelt en kontinuerlig servicegrense på 315 grader for grad 5. Utover denne temperaturen blir styrkeforringelsen betydelig og begrenser komponentens levetid.
(2) Langsiktig korrosjonsbestandighet
I de fleste miljøer, inkludert marine, nøytrale atmosfærer og milde kjemiske medier, opprettholder Grad 5 utmerket korrosjonsbestandighet etter langvarig bruk.
Det beskyttende TiO₂-laget reformeres spontant hvis det blir skadet, og gir vedvarende korrosjonsbestandighet.
Imidlertid kan to faktorer redusere ytelsen:
Skjørhet ved oksidasjon ved høye temperaturer:Som nevnt forringer dyp oksygeninntrengning overflateseigheten og kan fremme sprekkdannelse under stress.
Kryp-korrosjon interaksjon:Ved høye temperaturer og vedvarende stress kan krypdeformasjon bryte den passive filmen lokalt, og akselerere lokalisert korrosjon i aggressive medier.
Under normale driftsforhold under 300 grader skjer det ingen meningsfull nedbrytning av korrosjonsmotstanden over lange perioder.
Sammendrag
Grad 5 titanlegering har tilfredsstillende oksidasjonsmotstand opp til 350 grader – 400 grader. Over 400 grader blir oksidasjon og oksygensprøhet begrensende faktorer.
Langvarig eksponering for høye temperaturer fører til gradvis styrkereduksjon på grunn av mikrostrukturell forgrovning og interstitiell sprøhet, mens korrosjonsmotstanden forblir stabil i typiske servicemiljøer. For maksimal pålitelighet bør kontinuerlig driftstemperatur begrenses til ca. 315 grader.
