1. Aliuminio (Al) ir vanadžio (V) vaidmuo 5 klasės titano lydinyje (Ti-6Al-4V)
Aliuminio (Al) vaidmuo
Kieto tirpalo stiprinimas: kaip -stabilizuojantis elementas, Al tolygiai ištirpsta titano matricoje ir sudaro pakaitinį kietą tirpalą. Jis padidina titano kristalų struktūros grotelių iškraipymą, trukdydamas išnirimams judėti medžiagoje. Tai žymiai padidinakambario{0}}temperatūra ir aukšta{1}}temperatūralydinio, pernelyg neprarandant jo lankstumo, o tai yra pagrindinė didelio lydinio specifinio stiprumo (stiprumo -svorio santykis-) priežastis.
Aukštos{0}}temperatūros stabilumo gerinimas: Al padidina titano lydinio fazinio virsmo temperatūrą (temperatūrą, kurioje -fazė virsta -faze) ir stabilizuoja -fazę aukštesnėje temperatūroje. Tai leidžia Ti-6Al-4V išlaikyti konstrukcinį vientisumą ir mechaninį veikimą aptarnavimo aplinkoje iki maždaug 300–350 laipsnių, išplečiant jo taikymo sritį aviacijos ir erdvėlaivių variklių komponentuose ir aukštos temperatūros pramoninėje įrangoje.
Atsparumo oksidacijai didinimas: Aukštoje temperatūroje ant lydinio paviršiaus gali susidaryti plona tanki aliuminio oksido (Al2O₃) plėvelė, kuri veikia kaip apsauginė kliūtis, apsauganti nuo tolesnio pagrindinės titano matricos oksidacijos ir korozijos, taip pagerinant lydinio patvarumą aplinkoje.
Vanadžio vaidmuo (V)
-Fazinis stabilizavimas: V yra stiprus -stabilizuojantis elementas, skatinantis titano lydinio kūno-centrinės kubinės (BCC) -fazės formavimąsi ir išlaikymą. Ti-6Al-4V 4 % V užtikrina dviejų fazių (+ ) mikrostruktūrą po terminio apdorojimo (pvz., apdorojimo tirpalu ir sendinimo), kuri yra subalansuotų lydinio mechaninių savybių pagrindas.
Lankstumo ir tvirtumo optimizavimas: -fazė pasižymi geresne plastinės deformacijos savybe nei artima-supakuota šešiakampė (HCP) -fazė. Reguliuodamas -fazės tūrio dalį, V pagerinalankstumas, atsparumas lūžiams ir atsparumas nuovargiuiTi-6Al-4V, išvengiant trapumo, kuris atsirastų, jei lydinys būtų sudarytas tik iš -fazės. Dėl to lydinys lengviau apdorojamas (pvz., kalimas, valcavimas) ir atsparesnis smūgiams bei ciklinei apkrovai.
Pagalba stiprinant terminį apdorojimą: Senėjimo proceso metu Ti-6Al-4V, V palengvina smulkių fazių dalelių nusodinimą matricoje, toliau tobulinant mikrostruktūrą ir pasiekiant antrinį stiprinimą, kuris kartu pagerina lydinio stiprumą ir kietumą.
2. Al ir V kiekio svyravimų poveikis 5 klasės titano lydinio savybėms
Aliuminio (Al) kiekio svyravimaiPer didelis Al kiekis (daugiau nei 6,5 %)
Sumažintas lankstumas ir tvirtumas: Kai Al kiekis viršija tirpumo ribą titano matricoje, trapūs intermetaliniai junginiai (pvz., Ti3Al, taip pat žinomas kaip ₂-fazė) nusėda mikrostruktūroje. Šios kietos ir trapios fazės veikia kaip įtempių koncentracijos taškai, drastiškai sumažindamos lydinio pailgėjimą, sumažindamos plotą ir atsparumą lūžiams, todėl jis linkęs lūžti esant žemai -temperatūrai arba smūginei apkrovai.
Didesnis stiprumas{0}}aukštoje temperatūroje, bet mažesnis terminis stabilumas: Nors didesnis Al kiekis gali dar labiau pagerinti lydinio stiprumą aukštoje{0}}temperatūroje, jis padidina -fazės trapumą ir padidina tarpgranulinio įtrūkimo riziką esant aukštesnei nei 350 laipsnių temperatūrai, sumažindamas ilgalaikį lydinio eksploatavimo patikimumą aukštoje-temperatūroje.
Padidėjęs jautrumas vandenilio trapumui: Al perteklius skatina vandenilio absorbciją ir difuziją lydinyje, pagreitina vandenilio sukeltų įtrūkimų susidarymą ir pablogina lydinio nuovargio savybes drėgnoje ar vandenilio-turinčioje aplinkoje.
Nepakankamas Al kiekis (mažiau nei 5,5 %)
Jėgos praradimas: Sumažėjęs Al kiekis susilpnina kietojo tirpalo stiprinimo efektą, tiesiogiai sumažindamas lydinio tempimo stiprumą kambario{0}}temperatūroje, takumo ribą ir aukštą-temperatūrą, todėl jis negali atitikti konstrukcinių komponentų (pvz., aviacijos ir kosmoso tvirtinimo detalių, medicininių implantų) reikalavimų.
Sumažėjęs atsparumas oksidacijai: Dėl nepakankamo Al kiekio neįmanoma suformuoti ištisinės ir tankios Al₂O3 apsauginės plėvelės, padidina lydinio oksidacijos greitį aukštoje temperatūroje ir sutrumpina jo eksploatavimo laiką korozinėje ar aukštoje -temperatūroje.
Vanadžio svyravimai (V) TurinysPer didelis V kiekis (daugiau nei 4,5 %)
Sumažintas stiprumas ir atsparumas šliaužimui: Didesnis V kiekis padidina minkštosios -fazės tūrio dalį, o tai sumažina lydinio takumo ribą ir atsparumą valkšnumui (gebėjimą atsispirti deformacijai, esant ilgalaikei -pastoviai apkrovai esant aukštai temperatūrai). Tai kenkia komponentams, kuriems reikalingas ilgalaikis stabilumas-, esant dideliam įtempimui, pvz., orlaivių važiuoklės dalims.
Pablogėjęs suvirinamumas: V perteklius skatina stambių -grūdelių susidarymą suvirinimo karščio paveiktoje zonoje- (HAZ) suvirinimo metu, todėl suvirinimo siūlės stiprumas ir kietumas labai sumažėja ir padidėja suvirinimo siūlės įtrūkimų rizika.
Padidėjusios išlaidos ir apdorojimo sunkumai: V yra brangus legiravimo elementas-, o per didelis priedas padidina lydinio gamybos sąnaudas. Tuo tarpu dėl didesnio -fazės kiekio lydinys gali pernelyg -deformuotis karštojo apdirbimo metu, todėl sumažėja gatavų gaminių matmenų tikslumas.
Nepakankamas V kiekis (mažiau nei 3,5 %)
Sumažėjęs plastiškumas ir nuovargis: mažas V kiekis sumažina -fazės tūrio dalį, todėl susidaro daugiausia -fazinė mikrostruktūra. Dėl to lydinys tampa trapus, sumažėja jo pailgėjimas ir atsparumas lūžiams, taip pat sutrumpėja jo nuovargio eksploatavimo laikas esant ciklinei apkrovai, o tai labai svarbu saugai{3}}svarbiems komponentams, pvz., medicininėms kaulų plokštėms ir aviacijos ir kosmoso turbinų mentėms.
Sutrikęs atsakas į terminį apdorojimą: Nepakankamas V susilpnina lydinio gebėjimą suformuoti stabilią dviejų{0}}fazių struktūrą terminio apdorojimo metu, todėl senstant sunku pasiekti norimą stiprumo ir kietumo pusiausvyrą, be to, ribojamas lydinio našumas.
3. Visapusiškas sinerginių Al ir V svyravimų poveikis
Didelio Al ir mažo V derinys sukels didelę -fazės ir trapios ₂- fazės tūrio dalį, todėl medžiaga bus labai stipri, bet labai silpna, todėl praktikoje ji gali staigiai lūžti.
Mažo Al ir didelio V derinys sudarys minkštą, mažo{0}}stiprumo lydinį, kurio stabilumas aukštoje -temperatūroje yra nepakankamas ir kuris negali atlaikyti projektinių konstrukcinių komponentų apkrovų.
