1. Titaaniseosten väsymislujuus
Titaaniseoksen väsymislujuuden tärkeimmät ominaisuudet
Hehkutetun Ti-6Al-4V:n (yleisin titaaniseos) väsymislujuus huoneenlämpötilassa (jaksoilla 10⁷, R=-1, jossa R on minimi- ja maksimijännityksen jännityssuhde) vaihtelee300-400 MPa, joidenkin lämpökäsiteltyjen{0}}muunnelmien teho on 450–500 MPa. Tämä on huomattavasti korkeampi kuin 304 ruostumattomalla teräksellä (≈170 MPa) ja 6061-T6 alumiinilla (≈90 MPa) samoissa testiolosuhteissa, joten Ti-6Al-4V on ihanteellinen korkean syklin väsymissovelluksiin (HCF).
Vahvien -titaaniseosten (esim. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2.5Sn) väsymislujuus voi ylittää 500 MPa liuoskäsitellyssä ja vanhentuneessa (STA) tilassa, koska hienot saostuneet faasit niiden mikrorakenteen hajoamisliikettä vaikeuttavat.
Kaksivaiheiset (+) seokset (esim. Ti-6Al-4V): Niiden tasapainoinen / mikrorakenne tarjoaa optimaalisen väsymiskestävyyden. Vaihe - edistää lujuutta ja halkeamien etenemisvastusta, kun taas -vaihe parantaa taipuisuutta ja estää halkeamien alkamista. Ylivanheneminen tai liiallinen kylmämuokkaus voi kuitenkin karhentaa -faasihiukkasia tai aiheuttaa jäännösjännitystä, mikä vähentää väsymislujuutta 10–20 %.
metalliseokset (esim. Ti-5Al-2,5Sn): Näillä metalliseoksilla on erinomainen alhainen -sykliväsymys (LCF) niiden vakaan HCP---vaihemikrorakenteen ansiosta, ja LCF:n käyttöikä (Δσ/2=500 MPa) ylittää 10⁴ sykliä. Niitä käytetään laajalti alhaisen lämpötilan{5}}ilmailukomponenteissa.
metalliseokset (esim. Ti-10V-2Fe-3Al): Täysin BCC-{0}}faasirakenteen ansiosta nämä seokset tarjoavat korkean väsymishalkeaman kasvun kestävyyden (da/dN ≈ 10⁻⁸ m/jakso ΔK=20 MPa·m¹/²) ja soveltuvat komponenteille dynaamisissa, korkeassa{3}}kuormituksessa (esim. helikopterin roottorin akseli).
Syövyttävän ympäristön väsyminen (CAF): Merivettä tai kloridia{0}}pitoisissa väliaineissa titaaniseokset säilyttävät paljon paremman väsymiskyvyn kuin teräs tai alumiini, koska niiden passiivinen oksidikalvo estää korroosion -aiheuttaman halkeaman alkamisen. Ti-6Al-4V:n väsymislujuus merivedessä laskee vain 5–10 % (≈350 MPa:aan 10⁷ jaksolla), kun taas ruostumattoman teräksen 304 pudotus on 50 % pistekorroosion vuoksi.
Pintaolosuhteiden herkkyys: Pintavirheet (esim. työstöjäljet, mikrohalkeamat) ja vetykontaminaatio ovat suuria väsymishäiriön aiheuttajia. Ruiskutus tai anodisointi voi parantaa väsymislujuutta 20–30 % lisäämällä puristusjäännösjännitystä ja tehostamalla pinnan passivointia. Sitä vastoin vetyhaurastuminen voi lyhentää väsymisikää jopa 50 % edistämällä rakeidenvälisten halkeamien kasvua alhaisissa lämpötiloissa.
Kryogeenisissa lämpötiloissa (esim. -196 astetta) Ti-6Al-4V:n väsymislujuus kasvaa450-500 MPajohtuen parantuneesta atomisidoksesta ja vähentyneestä dislokaatiosta, eikä väsymiskäyttäytymisessä ole sitkeää -hauraaksi{1}}muutosta.
Korkeissa lämpötiloissa (300 asteeseen asti) sen väsymislujuus pysyy yli 250 MPa:ssa (10⁷ jaksoa), mutta yli 400 asteessa hapettuminen ja raeraajan pehmeneminen aiheuttavat nopean laskun (menettää 30–40 % huoneenlämpötilan väsymislujuudesta 500 asteessa).
2. Titaaniseosten virumisominaisuudet
Titaaniseoksen virumiskyvyn tärkeimmät ominaisuudet
+ seokset (esim. Ti-6Al-4V): Niiden korkein pitkäaikainen{0}}virumisen käyttölämpötila on300-350 astetta. 300 asteen ja 200 MPa:n jännityksessä vakaan tilan-virumisnopeus on pienempi tai yhtä suuri kuin 10⁻⁸ s⁻¹ ja virumisen muodonmuutos on alle 0,1 % 10 000 tunnin altistuksen jälkeen{8}}riittää lentokoneen moottorin rakenneosille. Yli 400 asteen ryömintänopeus kiihtyy jyrkästi (yli 10⁻⁶ s⁻¹ 450 asteessa /200 MPa) johtuen -vaiheen karkenemisesta ja raerajojen liukumisesta.
seokset (esim. Ti-5Al-2,5Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo): Näillä seoksilla on korkein virumiskestävyys titaaniseosten joukossa, ja niiden pitkäkestoinen käyttölämpötila-400-500 astetta. Esimerkiksi Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 450 asteessa ja 250 MPa:n tasaisen tilan ryömintänopeus on pienempi tai yhtä suuri kuin 5×10⁻⁹ s⁻¹ ja murtumisikä ylittää 100 000 tuntia lentokoneen moottorin osissa.
metalliseokset: Niiden virumisvastus on pienempi kuin ja + -seokset, joiden maksimikäyttölämpötila on 300–350 astetta, koska BCC-vaiheen -atomien liikkuvuus on korkeampi ja se on altis virumismuodonmuutokselle pitkäaikaisessa-rasituksessa.
Matalissa lämpötiloissa (<400°C) and high stresses, creep is dominated by dislokaatio kiivetä ja liukua-vaiheessa, jolloin -vaihe toimii esteenä sijoiltaan siirtymiselle (parantaa virumisvastusta kaksivaiheisissa-seoksissa).
At high temperatures (>450 astetta),raeraajan liuku- ja diffuusioviruminentulla hallitsevaksi. seokset, joissa on hienojakoisia, tasaisesti jakautuneita rakeita ja kiinteitä-liuos-vahvistettuja elementtejä (Al, Sn, Zr) vastustavat raerajojen liukumista tehokkaasti, mistä johtuen niiden ylivoimainen korkean lämpötilan-virumiskyky.
Lämpökäsittelyllä on ratkaiseva rooli: Liuoskäsittely, jota seuraa vanhentaminen (STA) for + seoksille, saostaa -matriisiin hienoja -faasihiukkasia, jotka kiinnittävät sijoiltaan siirtymiä ja vähentävät virumisnopeutta 50–70 % hehkutettuun tilaan verrattuna.
Hapettavassa ilmakehässä tiheän TiO₂-Al2O3-passiivikalvon muodostuminen titaaniseoksille (etenkin sellaisille, joissa on korkea Al-pitoisuus) estää hapen diffuusiota ja vähentää virumishaurastumista. Kuitenkin yli 550 asteen lämpötiloissa oksidikalvosta tulee huokoinen, jolloin happi pääsee tunkeutumaan matriisiin ja muodostaa hauraan "alfa-kotelon", joka nopeuttaa virumismurtumaa.
Vetyä{0}}sisältävissä ympäristöissä vedyn absorptio lisää virumisnopeutta edistämällä dislokaatioiden liikkuvuutta ja rakeiden välistä halkeilua, mikä rajoittaa titaaniseosten virumisen käyttöikää tällaisissa ilmakehissä 20–30 %.
