Prilikom odabiralegure titana, najprije odrediti dopušteno naprezanje na temelju granice razvlačenja, zatim provjeriti žilavost loma i toleranciju oštećenja koristeći vlačnu čvrstoću i istezanje; oba su koraka bitna. Vlačna čvrstoća predstavlja maksimalno opterećenje koje materijal može izdržati prije pucanja-odražavajući njegovo krajnje opterećenje-nosivost i potencijal-apsorpcije energije prije kvara.
Granica razvlačenja predstavlja prag iznad kojeg deformacija postaje trajna-odražavajući sposobnost materijala da zadrži svoj oblik i točnost dimenzija i služi kao prava osnova za dopušteno naprezanje u konstrukcijskom dizajnu.
1. Što je vlačna čvrstoća (Rm / σb)?
Definicija: Maksimalno naprezanje koje materijal može izdržati prije loma tijekom vlačnog ispitivanja, mjereno u MPa. Predstavlja konačnu sposobnost materijala da izdrži opterećenje.
Inženjerski značaj:
Vlačna čvrstoća odgovara vršnoj točki na krivulji naprezanja-deformacije. Nakon te točke, materijal se počinje podvrgavati lokaliziranom grlu, a djelotvorno područje-nošenja opterećenja brzo se smanjuje sve dok ne dođe do loma.
Određuje "krajnju sigurnosnu granicu" komponente-čak i ako lokalizirano preopterećenje uzrokuje popuštanje materijala, sve dok se vlačna čvrstoća ne prekorači, materijal zadržava sposobnost apsorbiranja energije kroz plastičnu deformaciju (čimbenik ključan za oštećenje-tolerancije dizajna u zrakoplovnim strukturnim komponentama).
U industriji legura titana, stupnjevi čvrstoće navedeni u ponudama i tehničkim ugovorima-kao što je Rm veći od ili jednak 400 MPa za stupanj 2 (GR2) i Rm veći od ili jednak 895 MPa za stupanj 5 (GR5) (žarena šipka)-odnose se posebno na ovaj parametar.
II. Što je granica razvlačenja (Rp0,2 / σs ili σ0,2)?
Definicija: Razina naprezanja pri kojoj materijal počinje prolaziti kroz značajnu plastičnu deformaciju (nepovratna, trajna deformacija). Budući da većina legura titana ne pokazuje jasan plato tečenja, inženjerska praksa obično koristi "dokaznu čvrstoću plastičnog istezanja (Rp0,2)"-definiranu kao naprezanje koje uzrokuje 0,2% trajne plastične deformacije-kao granicu tečenja.
Inženjerski značaj:
Ispod granice razvlačenja, dio se vraća u prvobitni oblik nakon uklanjanja opterećenja (područje elastične deformacije); kada se prekorači granica razvlačenja, dio prolazi kroz trajnu deformaciju i ne vraća se u prvobitno stanje.
Za veliku većinu konstrukcijskih komponenti, granica razvlačenja služi kao pravo mjerilo dizajna. U analizi naprezanja, dopušteno naprezanje općenito se izračunava dijeljenjem granice razvlačenja s faktorom sigurnosti (obično 1,15–1,5 za zrakoplovne komponente i 1,5 za civilne tlačne posude).
Primjer: Granica razvlačenja žarenog titana stupnja 5 (Ti-6Al-4V) je približno 825 MPa, dok je njegova vlačna čvrstoća u rasponu od oko 895 do 1030 MPa. Ako koristite brojku od 895 MPa u svojim izračunima dizajna, tretirate krajnju čvrstoću kao dopušteno naprezanje - kritična pogreška.
Uobičajena točka zabune: legure titana materijali su "visoke specifične čvrstoće"-njihov omjer razvlačenja-čvrstoće-i-gustoće je među najvećim od svih konstrukcijskih metala. Prilikom izračunavanja težine tijekom odabira materijala, granica razvlačenja je vrijednost koju treba koristiti u brojniku.
Čimbenici koji utječu na vlačnu čvrstoću i granicu tečenja legura titana
Na temelju 15 godina iskustva primijetio sam da su primarni čimbenici koji utječu na ove dvije metrike:
Sastav legure
Al, O, N i C povećavaju čvrstoću, ali smanjuju rastezljivost;
V, Mo, Nb, Cr i Fe stabiliziraju fazu i utječu na jačanje toplinskom obradom;
H (vodik) uzrokuje vodikovu krtost; iako se izravno ne odražava na vrijednosti vlačne čvrstoće, predstavlja ozbiljan rizik.
Elementi nečistoće
Čvrstoća je vrlo osjetljiva na sadržaj kisika; visoke razine kisika povećavaju čvrstoću, ali smanjuju duktilnost i žilavost;
Dušik i ugljik također imaju učinak jačanja, ali prevelike količine dovode do lomljivosti.
Mikrostruktura
Jednakoosna mikrostruktura: dobra duktilnost i relativno dobra otpornost na zamor;
Lamelarna mikrostruktura: Dobra lomna žilavost, ali nešto niža duktilnost;
Bimodalna (dupleksna) mikrostruktura: Dobra ukupna izvedba;
-Udio faze, -veličina faze i kristalografska tekstura utječu na tečenje i vlačnu čvrstoću.
Toplinska obrada
Žarenje: umjerena čvrstoća i dobra duktilnost;
Tretman otopinom i starenje: taloži finu -fazu, značajno povećava razvlačenje i vlačnu čvrstoću;
-žarenje: dobra žilavost, iako se čvrstoća može smanjiti;
Žarenje-za ublažavanje naprezanja: utječe na zaostalo naprezanje i stabilnost dimenzija.
Tehnologija obrade
Linije toka kovanja, smjer valjanja i tekstura uzrokuju anizotropiju;
Svojstva variraju između uzdužnog, poprečnog i debljinskog smjera;
Hladno kaljenje povećava čvrstoću, ali smanjuje rastezljivost.
Temperatura
Rastuće temperature dovode do smanjenja i vlačne granice i granice razvlačenja;
Dugotrajna-radna temperatura za titanijske legure općenito je ograničena (npr. GR5 je obično ograničen na ispod 350 stupnjeva za dugotrajnu-uporabu);
Čvrstoća se povećava na niskim temperaturama, ali se rastezljivost i žilavost mogu smanjiti.
Uzorci i ispitivanje
Korištenje ekstenzometra značajno utječe na mjerenje granice razvlačenja;
Poravnanje uzorka (koaksijalnost), hrapavost površine, brzina deformacije i mjesto uzorkovanja utječu na rezultate;
Legure titana ne pokazuju jasnu granicu tečenja; mjerenje Rp0,2 bez ekstenzometra daje vrlo netočne rezultate.
E-pošta:garychen3215@hotmail.com
Adresa: No.35, Baoti Rd, grad Baoji, provincija Shaanxi, Kina
Kontakt: g. Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobitel/WhatsApp: +86 13092900605
