Titanova zlitina stopnje 5, znana tudi kot Ti‑6Al‑4V, je najpogosteje uporabljena titanova zlitina v letalstvu, avtomobilizmu, medicini, pomorstvu in visoko zmogljivih konstrukcijskih področjih. Ena njegovih najbolj privlačnih prednosti je odlična odpornost proti utrujenosti, zlasti pri cikličnih obremenitvah, korozivnih okoljih in povišanih temperaturah. Njegovo obnašanje pri utrujenosti je močno povezano s toplotno obdelavo, stanjem površine, vrsto obremenitve in proizvodnim procesom. Spodaj je podrobna razlaga njegove učinkovitosti pri utrujenosti.
Prvič, utrujenostna trdnost Ti‑6Al‑4V je običajno ovrednotena z uporabo krivulje S‑N pod cikličnimi natezno-stiskalnimi ali upogibnimi obremenitvami.
Za žarjeni Ti‑6Al‑4V je meja vzdržljivosti (meja utrujenosti pri 107 ciklih) ap
približno 450–500 MPa pod aksialno obremenitvijo. Pri rotacijskem upogibanju je vrednost nekoliko višja, običajno 495–575 MPa. Ta raven je znatno višja od mnogih jekel in aluminijevih zlitin pri enaki gostoti, zaradi česar je idealna za lahke strukturne komponente, ki so izpostavljene dolgotrajnim ciklom vibracij in obremenitev.
Toplotna obdelava ima izjemen učinek na učinkovitost utrujenosti.
Ti‑6Al‑4V, obdelan in staran (STA), ima višjo natezno trdnost in mejo tečenja, zato lahko njegova visokociklična utrujenostna trdnost doseže 550–630 MPa, kar je približno 10 % več kot pri žarjenem stanju. Ker pa se duktilnost in žilavost rahlo zmanjšata, se lahko njegova odpornost proti rasti razpok zmanjša. Nasprotno pa žarjeno stanje zagotavlja boljšo odpornost proti širjenju razpok ob utrujenosti in je stabilnejše pri obremenitvah s spremenljivo amplitudo, zato je prednostno pri aplikacijah, kjer je treba zmanjšati tveganje zloma.
Drugič, stopnja rasti utrujenostnih razpok je ključni pokazatelj konstrukcijske zanesljivosti.
Ti‑6Al‑4V ima nizko stopnjo rasti razpok zaradi utrujenosti v primerjavi z večino konstrukcijskih kovin. Pri tipičnih okoljskih pogojih stopnja rasti razpok da/dN sledi pariškemu zakonu z relativno nizkim koeficientom. To pomeni, da tudi če obstajajo majhne napake, jih lahko zlitina prenese brez nenadne okvare v velikem številu ciklov. Ta lastnost je ključnega pomena za letalske in vesoljske komponente, kot so turbinske lopatice, deli podvozja in strukture trupa letala.
Stanje površine je še en pomemben dejavnik. Polirane ali obdelane površine močno izboljšajo življenjsko dobo. Peening uvaja tlačno preostalo napetost na površini, ki učinkovito zavira nastanek razpok in lahko poveča odpornost proti utrujenosti za 90–125 MPa. Nasprotno pa hrapave površine, sledi strojne obdelave ali zareze delujejo kot povzročitelji napetosti in lahko zmanjšajo odpornost proti utrujenosti za 30 % ali več. Zato je površinska obdelava močno priporočljiva za aplikacije z visoko stopnjo utrujenosti.
Kar zadeva vplive na okolje, titan stopnje 5 ohranja odlično odpornost proti utrujenosti v korozivnih okoljih, kot so morska voda, slani pršil in blagi kisli ali alkalni pogoji.
V nasprotju z jeklom v kloridnih okoljih ne trpi resne degradacije zaradi korozijske utrujenosti. Zaradi tega je prva izbira za pomorske komponente, strukture na morju in kirurške vsadke. Pri zmerno povišanih temperaturah (približno 150–200 stopinj) se odpornost proti utrujenosti nekoliko zmanjša, vendar ostaja boljša od mnogih aluminijevih zlitin.
Če povzamemo,Titanova zlitina stopnje 5 izkazuje izjemno visokociklično utrujenostno trdnost, dobro odpornost na rast razpok in močno odpornost proti okoljski utrujenosti. Ustrezna toplotna obdelava in izboljšanje površine lahko dodatno optimizirata njegovo obnašanje pri utrujenosti. Te lastnosti pojasnjujejo, zakaj Ti‑6Al‑4V ostaja nenadomestljiv v komponentah, ki zahtevajo majhno težo, visoko trdnost in izjemno visoko vzdržljivost pri dolgotrajnih cikličnih obremenitvah.
