Oksidacijsko ponašanje legura titana pri visokim temperaturama
Budući da zrakoplovni motori rade na visokim temperaturama, visokotemperaturne komponente legure titana izdržat će oksidacijsku koroziju. Visokotemperaturna mehanička svojstva legura titana također su ograničena njihovom sposobnošću otpornosti na oksidacijsku koroziju. Oksidacija legura titana stvara oksidni film na površini, koji izolira unutrašnjost metala od vanjskog okoliša. Svojstva su relativno stabilna i neće se dalje oksidirati. Međutim, kako temperatura raste, površinski oksidni film se ciklički ljušti. Kada se legure titana koriste na visokim temperaturama, njihova mehanička svojstva na visokim temperaturama bit će smanjena zbog učinaka oksidacije i korozije.
Proučavano je oksidacijsko ponašanje visokotemperaturnih legura titana pri temperaturama između 500 i 750 stupnjeva. Pokazalo se da temperatura ima veliki utjecaj na brzinu oksidacije visokotemperaturnih legura titana. U ranim fazama oksidacije, dobitak oksidacijske težine mijenja se linearno, a kako se oksidni sloj povećava, , brzina kemijske reakcije opada, težina se povećava u paraboličnom obliku, a oksidni film se osim TiO2 sastoji od Al2O3. Zeng Shangwu i sur. proučavao je oksidacijsko ponašanje TC4 legure titana na visokim temperaturama. Studija je otkrila da TC4 može ostati netaknut tijekom cikličke oksidacije u oksidnom filmu na 650 stupnjeva, ali može puknuti i oljuštiti se na višim temperaturama.
Trenutačno postoje mnoge metode za poboljšanje otpornosti na oksidaciju visokotemperaturnih legura titana, kao što je dodavanje drugih legirajućih elemenata čistom titanu kako bi se dobilo niz novih legura titana. Ako se doda aluminij, stvara se gusti oksidni film koji štiti leguru titana od oksidativne korozije, čime se poboljšava otpornost legure titana na oksidaciju pri visokim temperaturama. Osim toga, silicij i krom također mogu formirati oksidne filmove. Međutim, prekomjerno legiranje također će utjecati na fizikalna svojstva materijala. Iako se poboljšava otpornost na oksidaciju visokotemperaturnih titanovih legura, druga visokotemperaturna mehanička svojstva visokotemperaturnih titanovih legura također mogu biti pogođena, zbog čega se one ne mogu dobro koristiti u zrakoplovnim motorima. Stoga, kako razumno dodati legirajuće elemente još uvijek zahtijeva nastavak istraživanja.
Druga metoda je ispunjavanje površine legure titana materijalima koji su otporni na oksidaciju na visokim temperaturama. Na primjer, aluminiziranje površine visokotemperaturne legure titana TC4 može znatno poboljšati njenu otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama. Osim toga, postoje i metode kao što je predoksidacija. Može poboljšati antioksidativni kapacitet. Međutim, svaka metoda trenutačno ima određena ograničenja i potrebno je sveobuhvatno koristiti niz antioksidacijskih mjera kako bi se osigurala visokotemperaturna mehanička svojstva visokotemperaturnih legura titana.
Karakteristike zamora visokotemperaturnih legura titana
U zrakoplovnim motorima strukture ili dijelovi uglavnom su izloženi izmjeničnim opterećenjima, a lom uslijed zamora je glavni način kvara. Zhang Yajuan i dr. proveli su pokuse za proučavanje karakteristika rasta pukotina uslijed zamora Ti-6Al-4V legure titana. Istraživanje je pokazalo da se s povećanjem omjera naprezanja smanjuje prag rasta pukotine od zamora, a kada je faktor intenziteta naprezanja konstantan, stopa rasta pukotine povezana je s omjerom naprezanja. u pozitivnu korelaciju. Krivulja zamora SN pojavljuje se kao točka infleksije oko 107 puta. Pukotine nastaju na površini ili ispod površine. U isto vrijeme, visoka temperatura će pospješiti širenje pukotina.
Otkazivanje titanovih legura uslijed zamora povremeno se događa i potrebno je poduzeti neke mjere protiv zamora kako bi se poboljšala njihova svojstva zamora. Tehnologija sačmarenja trenutno je široko korištena metoda za poboljšanje performansi dijelova na zamor. Načelo ove metode je uglavnom stvaranje zaostalog tlačnog naprezanja na površini uzorka kako bi se djelomično neutralizirao učinak vanjskog opterećenja, čime se poboljšavaju performanse dijela na zamor. Istraživanja pokazuju da se granica zamora materijala tretiranih sačmaricom može povećati za više od 34%, a sačmarenje ima vrlo značajan učinak na poboljšanje performansi zamora. Uz sačmarenje, ojačanje ekstruzijom i ionska implantacija također su metode za poboljšanje svojstava zamora titanovih legura.
Svojstva puzanja visokotemperaturnih legura titana
Budući da komponente u zrakoplovnim motorima rade na visokim temperaturama, puzanje ima veliki utjecaj na životni vijek i sigurnosne performanse zrakoplovnih motora. Puzanje se obično odnosi na sporu, nenadoknadivu deformaciju materijala pod visokom temperaturom i dugotrajnim opterećenjem.
Rezultati istraživanja pokazuju da klizanje i penjanje dislokacije igraju važnu ulogu u procesu deformacije puzanjem legure TA15 unutar određenog raspona temperature i naprezanja, a penjanje dislokacije igra glavnu ulogu iznad 550 stupnjeva. Naprezanje, vrijeme, temperatura, elementi legure, mikrostruktura itd. igraju određenu ulogu u ponašanju puzanja legura titana pri visokim temperaturama. Rezultati istraživanja pokazuju da s povećanjem ispitnog naprezanja vrijeme potrebno da proces puzanja postigne stacionarno stanje postaje kraće, a brzina puzanja postat će brža u stacionarnom stanju. Istraživanje puzanja trebalo bi provoditi zajedno s međudjelovanjem zamora puzanjem, jer do kvara komponenti u motorima često dolazi pod kombiniranim djelovanjem to dvoje.
