Pri izbirititanove zlitine, najprej določite dovoljeno napetost na podlagi meje tečenja, nato preverite lomno žilavost in toleranco na poškodbe z uporabo natezne trdnosti in raztezka; oba koraka sta bistvena. Natezna trdnost predstavlja največjo obremenitev, ki jo material lahko prenese, preden poči-kar odraža njegovo končno obremenitev-nosilnost in potencial-absorpcije energije pred porušitvijo.
Meja tečenja predstavlja prag, nad katerim deformacija postane trajna-, kar odraža zmožnost materiala, da ohrani svojo obliko in dimenzijsko natančnost, ter služi kot prava osnova za dovoljeno obremenitev pri načrtovanju konstrukcije.
1. Kaj je natezna trdnost (Rm / σb)?
Opredelitev: največja obremenitev, ki jo material lahko prenese pred zlomom med nateznim preskusom, merjena v MPa. Predstavlja končno sposobnost materiala, da prenese obremenitve.
Inženirski pomen:
Natezna trdnost ustreza najvišji točki na krivulji napetosti-deformacije. Po tej točki se material začne lokalizirati z vratom in efektivna obremenitev-nosilne površine se hitro zmanjšuje, dokler ne pride do zloma.
Določa »končno varnostno mejo«-komponente, tudi če lokalizirana preobremenitev povzroči, da material popusti, dokler natezna trdnost ni presežena, material ohranja sposobnost absorbiranja energije s plastično deformacijo (dejavnik, ki je ključnega pomena za poškodbe-tolerančne zasnove v letalskih konstrukcijskih komponentah).
V industriji titanovih zlitin se stopnje trdnosti, določene v ponudbah in tehničnih pogodbah-, kot je Rm večji ali enak 400 MPa za razred 2 (GR2) in Rm večji ali enak 895 MPa za razred 5 (GR5) (žarjene palice)-, nanašajo posebej na ta parameter.
II. Kaj je meja tečenja (Rp0,2 / σs ali σ0,2)?
Opredelitev: Raven napetosti, pri kateri se material začne znatno plastično deformirati (nepovratna, trajna deformacija). Ker večina titanovih zlitin ne kaže izrazitega platoja tečenja, inženirska praksa običajno uporablja "trdnost plastičnega raztezanja (Rp0,2)"-, ki je opredeljena kot napetost, ki povzroči 0,2 % trajne plastične deformacije-kot mejo tečenja.
Inženirski pomen:
Pod mejo tečenja se del po odstranitvi obremenitve vrne v prvotno obliko (območje elastične deformacije); ko je meja tečenja presežena, se del trajno deformira in se ne vrne v prvotno stanje.
Za veliko večino konstrukcijskih komponent je meja tečenja pravo merilo za načrtovanje. Pri analizi napetosti se dovoljena napetost na splošno izračuna tako, da se meja tečenja deli z varnostnim faktorjem (običajno 1,15–1,5 za letalske komponente in 1,5 za civilne tlačne posode).
Primer: Meja tečenja žarjenega titana stopnje 5 (Ti-6Al-4V) je približno 825 MPa, medtem ko je njegova natezna trdnost v razponu od približno 895 do 1030 MPa. Če v svojih konstrukcijskih izračunih uporabite številko 895 MPa, skrajno trdnost obravnavate kot dovoljeno napetost – kritična napaka.
Pogosta zmeda: titanove zlitine so materiali z "visoko specifično trdnostjo"-njihovo razmerje med tečenjem-trdnostjo-in-gostoto je med najvišjimi med vsemi strukturnimi kovinami. Pri izračunu teže med izbiro materiala je meja tečenja tista vrednost, ki jo je treba uporabiti v števcu.
Dejavniki, ki vplivajo na natezno trdnost in mejo tečenja titanovih zlitin
Na podlagi 15-letnih izkušenj sem ugotovil, da sta glavna dejavnika, ki vplivata na ti dve metriki:
Sestava zlitine
Al, O, N in C povečajo trdnost, vendar zmanjšajo duktilnost;
V, Mo, Nb, Cr in Fe stabilizirajo fazo in vplivajo na utrjevanje s toplotno obdelavo;
H (vodik) lahko povzroči vodikovo krhkost; čeprav se neposredno ne odraža v vrednostih natezne trdnosti, predstavlja resno tveganje.
Elementi nečistoč
Trdnost je zelo občutljiva na vsebnost kisika; visoke ravni kisika povečajo trdnost, vendar zmanjšajo duktilnost in žilavost;
Dušik in ogljik prav tako zagotavljata krepilni učinek, vendar prevelike količine povzročijo krhkost.
Mikrostruktura
Enakoosna mikrostruktura: dobra duktilnost in razmeroma dobra odpornost na utrujenost;
Lamelna mikrostruktura: dobra lomna žilavost, vendar nekoliko manjša duktilnost;
Bimodalna (dupleksna) mikrostruktura: dobra splošna zmogljivost;
-Fazni delež, -fazna velikost in kristalografska tekstura vplivajo na tečenje in natezno trdnost.
Toplotna obdelava
Žarjenje: zmerna trdnost in dobra duktilnost;
Obdelava raztopine in staranje: izloča fino -fazo, kar bistveno poveča tečenje in natezno trdnost;
-žarjenje: dobra žilavost, čeprav se lahko trdnost zmanjša;
Žarjenje-za lajšanje napetosti: vpliva na preostalo napetost in dimenzijsko stabilnost.
Tehnologija predelave
Linije toka kovanja, smer valjanja in tekstura povzročajo anizotropijo;
Lastnosti se razlikujejo med vzdolžno, prečno in debelinsko smerjo;
Hladno obdelavo poveča trdnost, vendar zmanjša duktilnost.
Temperatura
Naraščajoče temperature povzročijo zmanjšanje tako natezne trdnosti kot meje tečenja;
Dolgotrajna-uporabna temperatura za titanove zlitine je na splošno omejena (npr. GR5 je običajno omejena pod 350 stopinj za dolgoročno-uporabo);
Trdnost se poveča pri nizkih temperaturah, vendar se lahko zmanjšata duktilnost in žilavost.
Vzorci in testiranje
Uporaba ekstenzometra pomembno vpliva na meritve meje tečenja;
Poravnava vzorca (koaksialnost), hrapavost površine, stopnja deformacije in lokacija vzorčenja vplivajo na rezultate;
Titanove zlitine nimajo izrazite meje tečenja; merjenje Rp0,2 brez ekstenzometra daje zelo netočne rezultate.
E-pošta:garychen3215@hotmail.com
Naslov: No.35, Baoti Rd, mesto Baoji, provinca Shaanxi, Kitajska
Kontakt: g. Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobilni/WhatsApp: +86 13092900605
