1. Käyttölämpötila-alue Grade 5 Titanium Alloy
Luokan 5 titaaniseoksella on vakaat mekaaniset ominaisuudet ja mikrorakenteen eheys määritellyssä lämpötilaikkunassa, ja sen käyttölämpötila on tyypillisesti jaettu pitkän aikavälin jatkuvaan käyttöön ja lyhyen aikavälin huippukäyttöskenaarioihin.
(1) Pitkäaikainen jatkuva käyttölämpötila
Sovelluksissa, jotka vaativat vakaata suorituskykyä pitkiä aikoja (esim. 10,000+ tuntia jatkuvaa käyttöä), suositeltu enimmäiskäyttölämpötila pitkällä aikavälillä on 315 astetta (600 astetta F). Tässä lämpötilassa lejeeringin kaksivaiheinen + mikrorakenne pysyy termisesti vakaana ilman merkittävää faasin karkenemista tai virumisvastuksen heikkenemistä. Se voi säilyttää yli 80 % huoneenlämpötilastaan vetolujuudestaan ja ylläpitää luotettavaa väsymiskykyä, mikä tekee siitä sopivan rakennekomponentteihin ilmailu- ja avaruuskoneissa, teollisuuskompressoreissa ja laivavarusteissa, jotka toimivat kohtalaisen lämpökuormituksen alaisena.
(2) Lyhytaikainen käyttöhuippulämpötila
Skenaarioissa, joihin liittyy ajoittainen altistuminen korkeille lämpötiloille (esim. ohimenevät lämpöpiikit ilmailu- ja avaruusmoottoreissa tai pakojärjestelmissä), luokan 5 titaaniseos kestää lyhytaikaista käyttöä jopa 400–450 asteen (752–842 asteen F) lämpötiloissa. 400 asteen kulmassa se säilyttää edelleen riittävän vetolujuuden (noin 520 MPa 1 000 tunnin jälkeen) ja virumiskestävyyden täyttääkseen ei-kriittisten korkean lämpötilan komponenttien suorituskykyvaatimukset. Pitkäaikainen yli 400 asteen altistus kuitenkin kiihdyttää faasin karhentumista, mikä johtaa lujuuden ja sitkeyden nopeaan heikkenemiseen ja lisää virumismuodonmuutoksen ja mikrorakenteen epävakauden riskiä. Siksi yli 450 asteen lämpötiloja ei suositella millään käyttöajalla, koska ne vahingoittavat peruuttamatonta seoksen suorituskykyä.
2. Luokan 5 titaaniseoksen lämpökäsiteltävissä oleva
Grade 5 titaaniseos on lämpökäsiteltävä + seos, ja sen mekaanisia ominaisuuksia voidaan parantaa merkittävästi liuoskäsittely- ja vanhentamisprosessien (STA) avulla. Kaksivaiheisena metalliseoksena sen lämpökäsittelymekanismi perustuu saostumisen ja faasin jakautumisen säätelyyn matriisissa lujuuden, kovuuden ja sitkeyden säätämiseksi.
(1) Ydinlämpökäsittelyprosessi: liuoskäsittely + vanhentaminen (STA)
Liuoskäsittely: Lejeerinki kuumennetaan 940–955 asteeseen (+ transuslämpötilan yläpuolelle, mutta täyden transuksen alapuolelle), pidetään riittävän pitkään seosaineiden liukenemiseksi ja mikrorakenteen homogenisoimiseksi, minkä jälkeen suoritetaan nopea sammutus (esim. vesi- tai öljyjäähdytys) ylikyllästyneen metastabiilin kiinteän liuoksen säilyttämiseksi.
Vanhenemiskäsittely: Karkaistu seos kuumennetaan uudelleen 480-600 asteeseen ja pidetään useita tunteja. Tämän prosessin aikana hienojakoiset, tasaisesti dispergoituneet saostumat ydintyvät ja kasvavat matriisissa, joka on ensisijainen vahvistusmekanismi.
(2) Lämpökäsittelyn vaikutus ominaisuuksiin
STA-käsittelyn jälkeen luokan 5 titaaniseoksen vetolujuus voidaan nostaa hehkutetusta tilasta (noin 900 MPa) 1 100-1 300 MPa:iin ja myötöraja voi olla 1 000-1 200 MPa, jolloin sitkeys pienenee hieman (6-10 %). Tätä lujaa tilaa käytetään laajalti suuren kuormituksen sovelluksissa, kuten ilmailu-avaruusalan kiinnittimissä, turbiinien siivissä ja lääketieteellisissä implanteissa. STA:n lisäksi hehkutus (700–785 astetta) ja jännityksenpoisto (480–650 astetta) ovat yleisiä lämpökäsittelyprosesseja. Hehkutus parantaa sitkeyttä ja työstettävyyttä, kun taas jännityksenpoisto vähentää valmistuksen tai hitsauksen jäännösjännitystä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että luokan 5 titaaniseoksen pitkäaikainen käyttölämpötila on 315 astetta ja lyhytaikainen huippulämpötila 400–450 astetta, ja sitä voidaan vahvistaa tehokkaasti liuoskäsittelyn ja vanhentamisen avulla, mikä tekee siitä ihanteellisen materiaalin korkean suorituskyvyn sovelluksiin, jotka vaativat tasapainoa lujuuden, lämpötilan kestävyyden ja prosessoitavuuden välillä.
