1. Odpornost titanove zlitine stopnje 5 proti oksidaciji pri visokih temperaturah
Titanova zlitina stopnje 5 kaže dobro odpornost proti oksidaciji pri zmernih temperaturah, vendar je njena učinkovitost odvisna od temperature.
Pri temperaturah do 300 stopinj – 350 stopinj zlitina tvori tanko, gosto in oprijeto plast oksida, ki je v glavnem sestavljena iz TiO₂. Ta zaščitna plast preprečuje nadaljnjo difuzijo kisika v podlago, kar ima za posledico počasno kinetiko oksidacije in stabilno delovanje med dolgotrajno uporabo.
Ko temperatura preseže 400 stopinj, se oksidacija opazno pospeši. Oksidna plast postane debelejša, manj enakomerna in lahko izgubi oprijem, kar povzroči povečano raztapljanje kisika v titanovi matrici. Nad 450 stopinjami – 500 stopinjami prodiranje kisika povzroči kisikovo krhkost: atomi kisika se intersticijsko raztopijo v mreži titana, kar poveča trdoto, vendar močno zmanjša duktilnost in udarno žilavost. Ta pojav je znan kot intersticijska krhkost.
Zato stopnje 5 ni priporočljivo za neprekinjeno uporabo nad 400 stopinj, če sta potrebni strukturna celovitost in duktilnost. Za aplikacije nad 400 stopinjami so prednostni premazi, odporni proti oksidaciji, ali titanove zlitine pri višjih temperaturah, kot sta IMI 834 ali Ti-6242.
2. Dolgotrajna storitev: poslabšanje trdnosti in odpornosti proti koroziji
(1) Dolgotrajna degradacija trdnosti
Med dolgotrajno izpostavljenostjo visokim temperaturam je titanova zlitina razreda 5 podvržena mikrostrukturnim spremembam, ki vplivajo na mehanske lastnosti.
V območju od 300 stopinj do 350 stopinj ostajata natezna trdnost in meja tečenja razmeroma stabilni na tisoče ur.
Dolgotrajno držanje med 400 stopinjami in 550 stopinjami povzroči grobljenje alfa faze in toplotno sprostitev, kar vodi v postopno zmanjšanje natezne trdnosti in trdnosti ob utrujanju.
Difuzija kisika in intersticijska krhkost dodatno zmanjšata duktilnost in lomno žilavost.
Za dolgoročno zanesljivo delovanje industrija na splošno sprejema omejitev neprekinjenega delovanja 315 stopinj za razred 5. Nad to temperaturo postane degradacija trdnosti znatna in omeji življenjsko dobo komponente.
(2) Dolgotrajna odpornost proti koroziji
V večini okolij, vključno z morskimi, nevtralnimi atmosferami in blagimi kemičnimi mediji, razred 5 po dolgotrajni uporabi ohranja odlično odpornost proti koroziji.
Zaščitna plast TiO₂ se spontano preoblikuje, če je poškodovana, kar zagotavlja trajno odpornost proti koroziji.
Vendar lahko dva dejavnika zmanjšata učinkovitost:
Visokotemperaturna oksidacijska krhkost:Kot že omenjeno, globoka penetracija kisika poslabša površinsko žilavost in lahko spodbudi nastanek razpok pod obremenitvijo.
Medsebojno delovanje med lezenjem in korozijo:Pri visokih temperaturah in trajni obremenitvi lahko deformacija zaradi lezenja lokalno poči pasivni film, kar pospeši lokalizirano korozijo v agresivnih medijih.
V normalnih delovnih pogojih pod 300 stopinjami v daljšem obdobju ne pride do pomembnega poslabšanja odpornosti proti koroziji.
Povzetek
Titanova zlitina stopnje 5 ima zadovoljivo odpornost proti oksidaciji do 350 stopinj – 400 stopinj. Nad 400 stopinj postaneta omejujoča dejavnika oksidacija in kisikova krhkost.
Dolgotrajna izpostavljenost visokim temperaturam povzroči postopno zmanjšanje trdnosti zaradi mikrostrukturne grobosti in intersticijske krhkosti, medtem ko odpornost proti koroziji ostaja stabilna v tipičnih delovnih okoljih. Za največjo zanesljivost mora biti neprekinjena delovna temperatura omejena na približno 315 stopinj.
