1. Utrujalna trdnost titanovih zlitin
Ključne značilnosti utrujenostne trdnosti titanove zlitine
Za žarjeni Ti-6Al-4V (najbolj razširjena titanova zlitina) je odpornost proti utrujenosti pri sobni temperaturi (pri 10⁷ ciklih, R=-1, kjer je R napetostno razmerje med najmanjšo in največjo napetostjo)300–400 MPa, pri čemer nekatere toplotno{0}}obdelane različice dosežejo 450–500 MPa. To je znatno višje kot pri nerjavečem jeklu 304 (≈170 MPa) in aluminiju 6061-T6 (≈90 MPa) pod enakimi preskusnimi pogoji, zaradi česar je Ti-6Al-4V idealen za aplikacije visokociklične utrujenosti (HCF).
Pri-titanovih zlitinah z visoko trdnostjo (npr. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2,5Sn) lahko utrujenostna trdnost preseže 500 MPa v stanju, obdelanem z raztopino in staranim (STA), saj fine izločene faze v njihovi mikrostrukturi ovirajo gibanje dislokacij in nastanek razpok.
Dvo{0}}fazne (+) zlitine (npr. Ti-6Al-4V): Njihova uravnotežena / mikrostruktura zagotavlja optimalno odpornost proti utrujenosti. -faza prispeva k trdnosti in odpornosti proti širjenju razpok, medtem ko -faza poveča duktilnost in zavira nastanek razpok. Pre-staranje ali čezmerna hladna obdelava pa lahko zgrobi -fazne delce ali povzroči zaostale napetosti, kar zmanjša odpornost proti utrujenosti za 10–20 %.
zlitine (npr. Ti-5Al-2,5Sn): Te zlitine imajo odlično nizko{0}}ciklično utrujenost (LCF) zaradi svoje stabilne HCP -fazne mikrostrukture, z življenjsko dobo LCF (pri Δσ/2=500 MPa), ki presega 10⁴ ciklov. Široko se uporabljajo v nizkotemperaturnih-komponentah letalstva.
zlitine (npr. Ti-10V-2Fe-3Al): S popolnoma BCC -fazno strukturo ponujajo te zlitine visoko odpornost proti utrujenostni rasti razpok (da/dN ≈ 10⁻⁸ m/cikel pri ΔK=20 MPa·m¹/²) in so primerne za komponente pod dinamičnimi, -obremenitvami (npr. gredi rotorjev helikopterjev).
Utrujenost zaradi jedkega okolja (CAF): Titanove zlitine v medijih,-ki vsebujejo morsko vodo ali klorid, ohranjajo veliko boljšo odpornost proti utrujanju kot jeklo ali aluminij, saj njihov pasivni oksidni film preprečuje nastanek razpok,-ki jih povzroča korozija. Utrujalna trdnost Ti-6Al-4V v morski vodi se zmanjša le za 5–10 % (na ≈350 MPa pri 10⁷ ciklih), medtem ko nerjavno jeklo 304 doživi 50 % padec zaradi luknjičaste korozije.
Občutljivost na stanje površine: Površinske napake (npr. sledi strojne obdelave, mikrorazpoke) in kontaminacija z vodikom so glavni sprožilci odpovedi zaradi utrujenosti. Peeniranje ali eloksiranje lahko izboljša utrujenostno trdnost za 20–30 % z uvedbo tlačnih preostalih napetosti in izboljšanjem pasivizacije površine. Nasprotno pa lahko vodikova krhkost zmanjša življenjsko dobo zaradi utrujenosti do 50 % s spodbujanjem rasti intergranularnih razpok pri nizkih temperaturah.
Pri kriogenih temperaturah (npr. -196 stopinj) se utrujenostna trdnost Ti-6Al-4V poveča na450–500 MPazaradi okrepljene atomske vezi in zmanjšane mobilnosti dislokacij, brez duktilnega-v-krhkega prehoda pri utrujanju.
Pri povišanih temperaturah (do 300 stopinj) ostane njegova utrujenostna trdnost nad 250 MPa (10⁷ ciklov), nad 400 stopinjami pa oksidacija in mehčanje meja zrn povzročita hiter upad (izguba 30–40 % trdnosti utrujenosti pri sobni-temperaturi pri 500 stopinjah).
2. Lezeče lastnosti titanovih zlitin
Ključne značilnosti zmogljivosti lezenja iz titanove zlitine
+ zlitine (npr. Ti-6Al-4V): Njihova najvišja dolgoročna-delovna temperatura lezenja je300-350 stopinj. Pri obremenitvi 300 stopinj in 200 MPa je -stopnja lezenja v stabilnem stanju manjša ali enaka 10⁻⁸ s⁻¹, deformacija pri lezenju pa je manjša od 0,1 % po 10.000 urah izpostavljenosti-, kar zadostuje za lopatice kompresorja letalskih motorjev in strukturne komponente v podzvočnih letalih. Nad 400 stopinjami se hitrost lezenja močno poveča (presega 10⁻⁶ s⁻¹ pri 450 stopinjah /200 MPa) zaradi -zgrobljenja faze in drsenja meja zrn.
zlitine (npr. Ti-5Al-2,5Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo): Te zlitine imajo najvišjo odpornost proti lezenju med titanovimi zlitinami z dolgoročno-delovno temperaturo400-500 stopinj. Na primer, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo pri 450 stopinjah in 250 MPa ima hitrost lezenja v stabilnem stanju manj kot ali enako 5 × 10⁻⁹ s⁻¹ in življenjsko dobo do pretrganja, ki presega 100.000 ur, zaradi česar je primeren za visokotemperaturne dele letalskih vesoljskih motorjev.
zlitine: Njihova odpornost proti lezenju je nižja kot pri zlitinah in + z najvišjo delovno temperaturo 300–350 stopinj, saj ima BCC -faza višjo atomsko mobilnost in je nagnjena k deformacijam zaradi lezenja pod dolgotrajno-obremenitvijo.
Pri nizkih temperaturah (<400°C) and high stresses, creep is dominated by dislokacijsko plezanje in drsenjev -fazi, pri čemer -faza deluje kot ovira za gibanje dislokacij (povečanje odpornosti proti lezenju v dvo-faznih zlitinah).
At high temperatures (>450 stopinj),drsenje meja zrn in difuzijsko lezenjepostati dominanten. zlitine s finimi, enakomerno razporejenimi zrni in elementi,-ojačenimi s trdno-raztopino- (Al, Sn, Zr) se učinkovito upirajo drsenju meja zrn, zato imajo vrhunsko visoko{3}}temperaturno lezenje.
Toplotna obdelava ima ključno vlogo: obdelava z raztopino, ki ji sledi staranje (STA) za zlitine +, izloči fine -fazne delce v -matriki, ki pripnejo dislokacije in zmanjšajo stopnje lezenja za 50–70 % v primerjavi z žarjenim stanjem.
V oksidacijskih atmosferah tvorba gostega pasivnega filma TiO₂-Al₂O₃ na titanovih zlitinah (zlasti tistih z visoko vsebnostjo Al) zavira difuzijo kisika in zmanjša krhkost zaradi lezenja. Vendar pa pri temperaturah nad 550 stopinj oksidni film postane porozen, kar omogoča kisiku, da prodre v matriko in tvori krhko "alfa ohišje", ki pospeši lomljenje pri lezenju.
V okoljih,-ki vsebujejo vodik, absorpcija vodika poveča hitrost lezenja s spodbujanjem mobilnosti dislokacij in medzrnastega razpokanja, kar omejuje življenjsko dobo titanovih zlitin pri lezenju v takšnih atmosferah za 20–30 %.
