Največja dovoljena vsebnost kisika- GR.5 Ti

1. Največja dovoljena vsebnost kisika v titanovi zlitini GR.5

Za titanovo zlitino Ti-6Al-4V (razred 5, GR.5) je največja dovoljena vsebnost kisika strogo urejena z mednarodnimi standardi, da se zagotovi mehanska in korozijska učinkovitost.

V skladu s ključnimi industrijskimi standardi (npr.ASTM B348za palice/palice,ASTM B265za liste/plošče,ASTM B861za brezšivne cevi inAMS 4928za-vesoljski material),največja vsebnost kisika je 0,20 mas.%(masni odstotek) za večino komercialnih in vesoljskih aplikacij GR.5.

Kisik je intersticijski legirni element v titanu, ki deluje kot ojačevalec trdne raztopine, izboljša natezno trdnost in trdoto. Vendar pa prekoračitev meje 0,20 mas. % povzroči znatno zmanjšanje duktilnosti, lomne žilavosti in odpornosti proti utrujenosti, zaradi česar je zlitina nagnjena k krhkemu lomu pod dinamičnimi ali cikličnimi obremenitvami. Za ultra--zmogljive vesoljske komponente (npr. diski motorja ali podvozje) lahko nekateri specializirani standardi predpisujejo strožje omejitve (npr. 0,18 mas. % kisika) za uravnoteženje moči in žilavosti.

2. Nečistoče, ki vplivajo na kemijsko stabilnost titanove zlitine GR.5

Kemijska stabilnost GR.5 se nanaša na njegovo odpornost proti koroziji, oksidaciji in kemični razgradnji v delovnem okolju (npr. morje, kemikalije, telesne tekočine ali atmosfere z visoko-temperaturo). Številne nečistoče lahko ogrozi to stabilnost, njihov vpliv pa se razlikuje glede na koncentracijo in pogoje delovanja:

Železo (Fe)

Fe je pogosta nečistoča v GR.5, s standardno najvišjo mejo 0,30 mas. % (po ASTM B348). Pri koncentracijah nad tem pragom se Fe segregira na /faznih mejah in tvori krhke intermetalne faze (npr. TiFe). Te faze delujejo kot mesta iniciacije korozije in zmanjšujejo odpornost proti luknjičasti koroziji v okoljih,-ki vsebujejo klorid (npr. morska voda ali obalna atmosfera). Presežek Fe prav tako poslabša odpornost zlitine na napetostno korozijsko razpokanje (SCC) v kislem ali-soli obremenjenem mediju.

Ogljik (C)

Največja dovoljena vsebnost ogljika v GR.5 je 0,08 masnega % (standardi ASTM). Povišane ravni ogljika tvorijo trde, krhke oborine titanovega karbida (TiC), ki porušijo enotno + mikrostrukturo. Delci TiC delujejo kot mesta nukleacije mikrorazpok in zmanjšujejo sposobnost zlitine, da se pasivizira v korozivnih okoljih, kar oslabi njeno odpornost proti splošni in lokalni koroziji. Pri visoko-temperaturnih aplikacijah (nad 300 stopinj/572 stopinj F) presežek ogljika pospeši oksidacijo s spodbujanjem tvorbe ne-zaščitnih oksidnih plasti.

Dušik (N)

Dušik je v GR.5 omejen na največ 0,05 mas. %. Tako kot kisik je tudi dušik intersticijski ojačevalec, vendar presežek dušika tvori oborino titanovega nitrida (TiN). TiN je zelo krhek in zmanjšuje duktilnost zlitine, hkrati pa poslabša celovitost pasivnega filma TiO₂, ki zagotavlja zaščito pred korozijo. V biomedicinskih aplikacijah (npr. ortopedski vsadki) lahko nečistoče dušika ogrozijo biokompatibilnost z induciranjem lokaliziranega vnetja in zmanjšanjem odpornosti proti koroziji v telesnih tekočinah (npr. simulirana telesna tekočina, SBF).

vodik (H)

Vodik ima najstrožjo omejitev v GR.5, ki je običajno omejena na 0,015 mas. % (150 ppm) za večino razredov. Tudi vodik v sledovih lahko povzročivodikova krhkost (HE)v titanovih zlitinah. Vodik difundira v rešetko in tvori krhke hidridne faze (npr. TiH₂) vzdolž meja zrn ali faznih mejnih površin. Ti hidridi drastično zmanjšajo duktilnost in žilavost, pod nateznimi ali cikličnimi obremenitvami pa sprožijo prezgodnji zlom. V okoljih kemične obdelave (npr. kisle raztopine ali plini, -bogati z vodikom) se zajemanje vodika pospeši, kar dodatno ogroža kemično in mehansko stabilnost.

Silicij (Si)

Silicij je nečistoča v sledovih z največjo mejo 0,10 mas. % v GR.5. Medtem ko lahko majhne količine Si izboljšajo visoko{2}}temperaturno oksidacijsko odpornost s stabilizacijo oksidne plasti, presežek Si tvori silicidne oborine (npr. Ti₅Si₃). Ti precipitati zmanjšajo odpornost proti koroziji v alkalnem ali oksidativnem mediju in zmanjšajo vzdržljivost zlitine v korozivnih okoljih. V komponentah letalskih motorjev, ki delujejo pri visokih temperaturah, lahko presežek Si povzroči prezgodnjo oksidacijo in nabiranje vodnega kamna.