1. Únavová sila zliatin titánu
Kľúčové vlastnosti zliatiny titánu Únavová pevnosť
Pre žíhaný Ti-6Al-4V (najrozšírenejšia zliatina titánu) sa únavová pevnosť pri izbovej teplote (pri 10⁷ cykloch, R=-1, kde R je pomer namáhania minimálneho k maximálnemu namáhaniu) pohybuje od300 – 400 MPa, pričom niektoré tepelne-spracované varianty dosahujú 450 – 500 MPa. To je výrazne vyššie ako u nehrdzavejúcej ocele 304 (≈170 MPa) a hliníka 6061-T6 (≈90 MPa) za rovnakých testovacích podmienok, vďaka čomu je Ti-6Al-4V ideálny pre aplikácie pri vysokocyklovej únave (HCF).
V prípade zliatin titánu s vysokou{0}}pevnosťou (napr. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2,5Sn) môže únavová pevnosť presiahnuť 500 MPa v stave ošetrenia roztokom a starnutia (STA), pretože jemné vyzrážané fázy v ich mikroštruktúre bránia pohybu dislokácie a iniciácii trhlín.
Dvojfázové{0}}zliatiny ( + ) (napr. Ti-6Al-4V): Ich vyvážená / mikroštruktúra poskytuje optimálnu odolnosť proti únave. -fáza prispieva k pevnosti a odolnosti voči šíreniu trhlín, zatiaľ čo -fáza zvyšuje ťažnosť a inhibuje iniciáciu trhlín. Nadmerné-starnutie alebo nadmerné opracovanie za studena však môžu zhrubnúť -fázové častice alebo spôsobiť zvyškové napätie, čím sa zníži únavová pevnosť o 10 – 20 %.
zliatiny (napr. Ti-5Al-2,5Sn): Tieto zliatiny majú vynikajúci výkon pri nízko{0}}únavovej únave (LCF) vďaka svojej stabilnej HCP -fázovej mikroštruktúre, pričom životnosť LCF (pri Δσ/2=500 MPa) presahuje 10⁴ cyklov. Sú široko používané v nízkoteplotných leteckých komponentoch.
zliatiny (napr. Ti-10V-2Fe-3Al): S plne BCC -fázovou štruktúrou ponúkajú tieto zliatiny vysokú odolnosť proti rastu únavových trhlín (da/dN ≈ 10⁻⁸ m/cyklus pri ΔK=20 MPa·m¹/²) a sú vhodné pre komponenty v podmienkach dynamického, vysokého-zaťaženia (napr. hriadele rotorov vrtuľníkov).
Únava korozívneho prostredia (CAF): V médiách obsahujúcich morskú vodu alebo chlorid- si zliatiny titánu zachovávajú oveľa lepší únavový výkon ako oceľ alebo hliník, pretože ich pasívny oxidový film zabraňuje iniciácii trhlín-spôsobenej koróziou. Únavová sila Ti-6Al-4V v morskej vode klesá iba o 5–10 % (na ≈350 MPa pri 10⁷ cykloch), zatiaľ čo nehrdzavejúca oceľ 304 zaznamená 50 % pokles v dôsledku bodovej korózie.
Citlivosť povrchu: Povrchové defekty (napr. stopy po opracovaní, mikrotrhliny) a kontaminácia vodíkom sú hlavnými spúšťačmi únavového zlyhania. Otryskávanie alebo anodizácia môže zlepšiť únavovú pevnosť o 20–30 % zavedením zvyškových tlakových napätí a zlepšením pasivácie povrchu. Naopak, vodíkové skrehnutie môže znížiť únavovú životnosť až o 50 % podporou rastu medzikryštalických trhlín pri nízkych teplotách.
Pri kryogénnych teplotách (napr. -196 stupňov) sa únavová pevnosť Ti-6Al-4V zvyšuje na450 – 500 MPavďaka vylepšenej atómovej väzbe a zníženej pohyblivosti dislokácií, bez prechodu z tvárnej -do{1}}krehkého prechodu pri únave.
Pri zvýšených teplotách (do 300 stupňov) zostáva jeho únavová pevnosť nad 250 MPa (10⁷ cyklov), ale nad 400 stupňov spôsobuje oxidácia a mäknutie hraníc zŕn rýchly pokles (strata 30–40 % únavovej pevnosti pri izbovej teplote pri teplote 500 stupňov).
2. Tekavé vlastnosti zliatin titánu
Kľúčové vlastnosti titánovej zliatiny pri tečení
+ zliatiny (napr. Ti-6Al-4V): Ich maximálna-dlhodobá prevádzková teplota tečenia je300-350 stupňov. Pri namáhaní 300 stupňov a 200 MPa je rýchlosť dotvarovania v ustálenom stave -menej ako alebo rovná 10⁻⁸ s⁻¹ a deformácia dotvarovania je menšia ako 0,1 % po 10 000 hodinách expozície-dostatočná pre lopatky kompresora leteckých motorov a konštrukčné komponenty v pomocných lietadlách. Nad 400 stupňov sa rýchlosť dotvarovania prudko zrýchľuje (presahuje 10⁻⁶ s⁻¹ pri 450 stupňoch /200 MPa) v dôsledku -fázového hrubnutia a posúvania hraníc zŕn.
zliatiny (napr. Ti-5Al-2,5Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo): Tieto zliatiny majú spomedzi titánových zliatin najvyššiu odolnosť proti tečeniu, pričom dlhodobú{0}}prevádzkovú teplotu400-500 stupňov. Napríklad Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo pri 450 stupňoch a 250 MPa má rýchlosť dotvarovania v ustálenom stave 5 × 10⁻⁹ s⁻¹ a životnosť presahujúcu 100 000 hodín leteckého motora. Vďaka tomu je vhodný pre letecké diely.
zliatin: Ich odolnosť proti tečeniu je nižšia ako pri zliatinách a + s maximálnou prevádzkovou teplotou 300 – 350 stupňov, pretože fáza BCC -má vyššiu atómovú mobilitu a je náchylná na deformáciu pri tečení pri-dlhodobom namáhaní.
Pri nízkych teplotách (<400°C) and high stresses, creep is dominated by dislokácia stúpanie a kĺzaniev -fáze, pričom -fáza pôsobí ako bariéra pre pohyb dislokácie (zvýšenie odolnosti proti tečeniu v dvojfázových-zliatinách).
At high temperatures (>450 stupňov),klzné a difúzne tečenie na hranici zŕnstať sa dominantným. zliatiny s jemnými, rovnomerne rozloženými zrnami a pevnými prvkami spevnenými -roztokom{2}} (Al, Sn, Zr) účinne odolávajú posúvaniu hraníc zŕn, a preto majú vynikajúcu výkonnosť pri tečení pri vysokých-teplotách.
Tepelné spracovanie zohráva rozhodujúcu úlohu: Ošetrenie v roztoku, po ktorom nasleduje starnutie (STA) pre zliatiny +, vyzráža jemné -fázové častice v -matici, ktoré spôsobujú dislokácie a znižujú rýchlosť tečenia o 50 – 70 % v porovnaní so stavom žíhania.
V oxidačných atmosférach tvorba hustého pasívneho filmu TiO₂{0}}Al₂O3 na zliatinách titánu (najmä tých s vysokým obsahom Al) inhibuje difúziu kyslíka a znižuje krehnutie pri tečení. Avšak pri teplotách nad 550 stupňov sa oxidový film stáva poréznym, čo umožňuje kyslíku prenikať do matrice a vytvárať krehké „alfa puzdro“, ktoré urýchľuje lom pri tečení.
V prostrediach obsahujúcich vodík-absorbcia vodíka zvyšuje rýchlosť tečenia podporou dislokačnej mobility a medzikryštalického praskania, čím sa obmedzuje životnosť zliatin titánu pri tečení v takýchto atmosférach o 20–30 %.
