5 laipsnio titano lydinio (Ti-6Al-4V) atsparumas smūgiams ir ilgalaikis stiprumo irimas aukštoje temperatūroje
5 klasės titano lydinys, paprastai žinomas kaip Ti-6Al-4V, yra plačiausiai naudojamas alfa-beta titano lydinys aviacijos, jūrų, medicinos ir bendrosios inžinerijos srityse. Jo veikimas esant smūginei apkrovai ir ilgalaikei eksploatacijai aukštoje temperatūroje yra labai svarbus konstrukcijos saugumui ir tarnavimo laikui. Žemiau pateikiama išsami jo atsparumo smūgiams ir atsparumo aukštai temperatūrai analizė.
Pirma, atsparumas smūgiams reiškia medžiagos gebėjimą sugerti energiją ir atsispirti lūžimui esant dinaminei arba smūginei apkrovai, paprastai matuojama atliekant Charpy V formos įpjovos (CVN) smūgio bandymus.
Atkaitintas Ti-6Al-4V pasižymi puikiu atsparumu smūgiams kambario temperatūroje, o tipinės Charpy smūgio energijos vertės svyruoja nuo 25 iki 40 J standartiniams bandiniams. Toks tvirtumo lygis leidžia lydiniui atlaikyti staigias apkrovas, vibracijas ir nedidelius smūgius be trapios lūžimo, todėl jis tinkamas dinamiškiems konstrukciniams komponentams, pvz., orlaivių važiuoklės dalims, tvirtinimo detalėms ir jūrų įrangai.
Tačiau smūgio elgesys yra labai jautrus terminiam apdorojimui ir mikrostruktūrai.
Esant tirpalui apdorotam ir sendintam (STA), nors stiprumas ir kietumas didėja, atsparumas smūgiams šiek tiek sumažėja, paprastai svyruoja nuo 15 iki 25 J. Šis sumažėjimas atsiranda dėl smulkios alfa fazės nusodinimo beta matricoje, kuri padidina stiprumą, bet sumažina plastiškumą. Įpjovos, paviršiaus defektai ir storis taip pat turi įtakos smūgiams. Storos dalys arba komponentai su aštriomis įpjovomis rodo mažesnę smūgio energiją, o glotnūs, ploni gaminiai išlaiko didesnį tvirtumą. Apskritai Ti-6Al-4V pasižymi geru atsparumu smūgiams, palyginti su daugeliu didelio stiprumo plienų ir aliuminio lydinių, kurių tankis yra panašus.
Antra, dėl ilgalaikio eksploatavimo aukštoje temperatūroje ir stiprumo sumažėjimo, Ti-6Al-4V paprastai rekomenduojama naudoti iki 300–350 laipsnių temperatūroje ilgą laiką.
Esant žemesnei nei 200 laipsnių temperatūrai, lydinio stiprumas labai mažėja net po tūkstančius valandų. Tempimo ir šliaužimo savybės išlieka stabilios, be reikšmingo mikrostruktūrinio šiurkštėjimo ar suminkštėjimo.
Veikiant 200–300 laipsnių temperatūrai, laikui bėgant atsiranda nedidelis šiluminio stabilumo poveikis. Lydinys patiria nedidelį alfa fazės grubumą ir liekamąjį įtempių atsipalaidavimą, todėl po ilgalaikio senėjimo šiek tiek sumažėja tempimo ir takumo stipris -paprastai mažiau nei 10 %. Šis sumažėjimas yra priimtinas daugeliui ne aviacijos ir kosmoso konstrukcijų.
Virš 350 laipsnių iki 400 laipsnių, ilgą laiką eksploatuojant smarkiai sumažėja stiprumas.
Paspartinti mikrostruktūriniai pokyčiai, įskaitant alfa grūdelių augimą ir beta fazės skilimą, sumažina atsparumą valkšnumui ir tempimo stiprumą. Priklausomai nuo poveikio laiko ir temperatūros, stiprumo nuostoliai gali siekti 15–30 % ar daugiau. Todėl Ti-6Al-4V nerekomenduojama naudoti ilgalaikiam, aukštesniam nei 350 laipsnių įtempiui.
Apibendrinant galima teigti, kad 5 klasės titano lydinys, atsižvelgiant į terminį apdorojimą ir geometriją, turi gerą arba puikų atsparumą smūgiams kambario temperatūroje.Jis išlaiko stabilias mechanines savybes su minimaliu stiprumo irimu esant temperatūrai iki 200 laipsnių ir tik nedidelius nuostolius žemiau 300 laipsnių. Aukštesnėje nei 350 laipsnių temperatūroje dėl ilgalaikio naudojimo pastebimai suminkštėja ir sumažėja keliamoji galia. Dėl šio atsparumo smūgiams ir vidutinio šiluminio stabilumo derinio Ti-6Al-4V yra patikimas pasirinkimas konstrukcijų komponentams, veikiamiems dinaminių apkrovų ir vidutiniškai aukštesnės temperatūros.
