Μέγιστη επιτρεπόμενη περιεκτικότητα σε οξυγόνο- GR.5 Ti

1. Μέγιστη επιτρεπόμενη περιεκτικότητα σε οξυγόνο σε κράμα τιτανίου GR.5

Για το κράμα τιτανίου Ti-6Al-4V (Grade 5, GR.5), η μέγιστη επιτρεπόμενη περιεκτικότητα σε οξυγόνο ρυθμίζεται αυστηρά από τα διεθνή πρότυπα για να διασφαλιστεί η μηχανική απόδοση και η διάβρωση.

Σύμφωνα με βασικά πρότυπα του κλάδου (π.χ.ASTM B348για ράβδους/ράβδους,ASTM B265για φύλλα/πλάκες,ASTM B861για σωλήνες χωρίς ραφή καιAMS 4928για αεροδιαστημικό υλικό-βαθμού), τοΗ μέγιστη περιεκτικότητα σε οξυγόνο είναι 0,20% κ.β.(ποσοστό βάρους) για τις περισσότερες εμπορικές και αεροδιαστημικές εφαρμογές του GR.5.

Το οξυγόνο είναι ένα διάμεσο στοιχείο κράματος στο τιτάνιο που δρα ως ενισχυτικό στερεού διαλύματος, βελτιώνοντας την αντοχή σε εφελκυσμό και τη σκληρότητα. Ωστόσο, η υπέρβαση του ορίου 0,20 wt% οδηγεί σε σημαντική μείωση της ολκιμότητας, της ανθεκτικότητας στη θραύση και της αντοχής στην κόπωση, καθιστώντας το κράμα επιρρεπές σε εύθραυστη θραύση κάτω από δυναμικά ή κυκλικά φορτία. Για αεροδιαστημικά εξαρτήματα εξαιρετικά{3}}υψηλής-απόδοσης (π.χ. δίσκοι κινητήρα ή όργανα προσγείωσης), ορισμένα εξειδικευμένα πρότυπα ενδέχεται να επιβάλλουν αυστηρότερα όρια (π.χ. 0,18 wt% οξυγόνο) για την εξισορρόπηση της αντοχής και της ανθεκτικότητας.

2. Προσμίξεις που επηρεάζουν τη χημική σταθερότητα του κράματος τιτανίου GR.5

Η χημική σταθερότητα του GR.5 αναφέρεται στην αντοχή του στη διάβρωση, την οξείδωση και τη χημική αποδόμηση σε περιβάλλοντα εξυπηρέτησης (π.χ. θαλάσσια, χημικά, σωματικά υγρά ή ατμόσφαιρες υψηλής{3} θερμοκρασίας). Αρκετές ακαθαρσίες μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο αυτή τη σταθερότητα, με τις επιπτώσεις τους να ποικίλλουν ανάλογα με τη συγκέντρωση και τις συνθήκες λειτουργίας:

Σίδηρος (Fe)

Ο Fe είναι μια κοινή πρόσμειξη στο GR.5, με τυπικό μέγιστο όριο 0,30 wt% (ανά ASTM B348). Σε συγκεντρώσεις πάνω από αυτό το όριο, ο Fe διαχωρίζεται στα όρια / φάσης, σχηματίζοντας εύθραυστες διαμεταλλικές φάσεις (π.χ. TiFe). Αυτές οι φάσεις λειτουργούν ως θέσεις έναρξης διάβρωσης, μειώνοντας την αντίσταση στη διάβρωση με διάβρωση σε περιβάλλον-που περιέχει χλωρίδιο (π.χ. θαλασσινό νερό ή παράκτιες ατμόσφαιρες). Η περίσσεια Fe υποβαθμίζει επίσης την αντίσταση του κράματος στη διάβρωση λόγω καταπόνησης (SCC) σε όξινα ή{11}}με άλατα μέσα.

Άνθρακας (C)

Η μέγιστη επιτρεπόμενη περιεκτικότητα σε άνθρακα στο GR.5 είναι 0,08 wt% (πρότυπα ASTM). Τα αυξημένα επίπεδα άνθρακα σχηματίζουν σκληρά, εύθραυστα ιζήματα καρβιδίου του τιτανίου (TiC), τα οποία διαταράσσουν την ομοιόμορφη + μικροδομή. Τα σωματίδια TiC λειτουργούν ως θέσεις πυρήνων μικρορωγμών και μειώνουν την ικανότητα του κράματος να παθητικοποιείται σε διαβρωτικά περιβάλλοντα, εξασθενώντας την αντοχή του στη γενική και τοπική διάβρωση. Σε εφαρμογές σε

Άζωτο (Ν)

Το άζωτο περιορίζεται σε μέγιστο 0,05 wt% στο GR.5. Όπως το οξυγόνο, το άζωτο είναι ένας ενδιάμεσος ενισχυτής, αλλά η περίσσεια αζώτου σχηματίζει το νιτρίδιο του τιτανίου (TiN) καθιζάνει. Το TiN είναι πολύ εύθραυστο και μειώνει την ολκιμότητα του κράματος, ενώ επίσης βλάπτει την ακεραιότητα του παθητικού φιλμ TiO2 που παρέχει προστασία από τη διάβρωση. Σε βιοϊατρικές εφαρμογές (π.χ. ορθοπεδικά εμφυτεύματα), οι ακαθαρσίες αζώτου μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο τη βιοσυμβατότητα προκαλώντας τοπική φλεγμονή και μειώνοντας την αντίσταση στη διάβρωση στα σωματικά υγρά (π.χ. προσομοιωμένο σωματικό υγρό, SBF).

Υδρογόνο (Η)

Το υδρογόνο έχει το αυστηρότερο όριο στο GR.5, τυπικά ανώτατο όριο στο 0,015 wt% (150 ppm) για τις περισσότερες ποιότητες. Ακόμη και ίχνη υδρογόνου μπορούν να προκαλέσουνευθραυστότητα υδρογόνου (HE)σε κράματα τιτανίου. Το υδρογόνο διαχέεται στο πλέγμα και σχηματίζει εύθραυστες φάσεις υδριδίου (π.χ. TiH2) κατά μήκος των ορίων των κόκκων ή των διεπιφανειών φάσης. Αυτά τα υδρίδια μειώνουν δραστικά την ολκιμότητα και την σκληρότητα, και υπό εφελκυστικά ή κυκλικά φορτία, προκαλούν πρόωρη θραύση. Σε περιβάλλοντα χημικής επεξεργασίας (π.χ. όξινα διαλύματα ή-πλούσια αέρια υδρογόνου), η συλλογή υδρογόνου επιταχύνεται, με αποτέλεσμα να διακυβεύεται περαιτέρω η χημική και μηχανική σταθερότητα.

Πυρίτιο (Si)

Το πυρίτιο είναι ίχνη πρόσμειξης με μέγιστο όριο 0,10 wt% σε GR.5. Ενώ μικρές ποσότητες Si μπορούν να βελτιώσουν την αντίσταση στην οξείδωση σε υψηλές-θερμοκρασίες σταθεροποιώντας το στρώμα οξειδίου, η περίσσεια Si σχηματίζει ιζήματα πυριτίου (π.χ. Ti5Si3). Αυτά τα ιζήματα υποβαθμίζουν την αντίσταση στη διάβρωση σε αλκαλικά ή οξειδωτικά μέσα και μειώνουν τη διάρκεια ζωής του κράματος σε κόπωση σε διαβρωτικά περιβάλλοντα. Στα εξαρτήματα του αεροδιαστημικού κινητήρα που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες, η περίσσεια Si μπορεί να προκαλέσει πρόωρη οξείδωση και απολέπιση.