Korkean lämpötilan titaaniseosten hapetuskäyttäytyminen
Koska aeromoottorit toimivat korkeissa lämpötiloissa, korkean lämpötilan titaaniseoskomponentit kestävät hapettumiskorroosiota. Titaaniseosten korkean lämpötilan mekaanisia ominaisuuksia rajoittaa myös niiden kyky vastustaa hapettumiskorroosiota. Titaaniseosten hapettuminen muodostaa pinnalle oksidikalvon, joka eristää metallin sisäosan ulkoisesta ympäristöstä. Ominaisuudet ovat suhteellisen stabiileja eivätkä hapetu enempää. Kuitenkin lämpötilan noustessa pintaoksidikalvo irtoaa syklisesti. Kun titaaniseoksia käytetään korkeissa lämpötiloissa, niiden mekaaniset ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa heikkenevät hapettumisen ja korroosion vaikutuksesta.
Korkean lämpötilan titaaniseosten hapettumiskäyttäytymistä 500 - 750 asteen lämpötiloissa on tutkittu. On osoitettu, että lämpötilalla on suuri vaikutus korkean lämpötilan titaaniseosten hapettumisnopeuteen. Hapetuksen alkuvaiheessa hapettumisen painonlisäys muuttuu lineaarisesti, ja oksidikerroksen kasvaessa kemiallinen reaktionopeus laskee, paino kasvaa parabolisessa muodossa ja oksidikalvo koostuu TiO2:n lisäksi Al2O3:sta. Zeng Shangwu et ai. tutki TC4-titaaniseoksen korkean lämpötilan hapettumiskäyttäytymistä. Tutkimuksessa havaittiin, että TC4 voi pysyä ehjänä syklisen hapettumisen aikana oksidikalvossa 650 asteessa, mutta se voi halkeilla ja kuoriutua korkeammissa lämpötiloissa.
Tällä hetkellä on olemassa monia menetelmiä korkean lämpötilan titaaniseosten hapettumisenkestävyyden parantamiseksi, kuten muiden seosaineiden lisääminen puhtaaseen titaaniin useiden uusien titaaniseosten valmistamiseksi. Jos alumiinia lisätään, muodostuu tiheä oksidikalvo suojaamaan titaaniseosta oksidatiiviselta korroosiolta, mikä parantaa titaaniseoksen hapettumisenkestävyyttä korkeissa lämpötiloissa. Lisäksi pii ja kromi voivat myös muodostaa oksidikalvoja. Liiallinen seostus vaikuttaa kuitenkin myös materiaalin fysikaalisiin ominaisuuksiin. Samalla kun korkean lämpötilan titaaniseosten hapettumisenkestävyys paranee, korkean lämpötilan titaaniseosten muut korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet voivat myös muuttua, jolloin niitä ei voida käyttää hyvin ilmailun moottoreissa. Siksi seosaineiden järkevä lisääminen vaatii edelleen jatkuvaa tutkimusta.
Toinen tapa on täyttää titaaniseoksen pinta materiaaleilla, jotka kestävät korkean lämpötilan hapettumista. Esimerkiksi TC4 korkean lämpötilan titaaniseoksen pinnan aluminointi voi parantaa huomattavasti sen hapettumiskestävyyttä korkeassa lämpötilassa. Lisäksi on olemassa myös menetelmiä, kuten esihapetus. Voi parantaa antioksidanttikapasiteettia. Jokaisella menetelmällä on kuitenkin tällä hetkellä tiettyjä rajoituksia, ja erilaisia hapettumisenestotoimenpiteitä on käytettävä kattavasti korkean lämpötilan titaaniseosten korkean lämpötilan mekaanisten ominaisuuksien varmistamiseksi.
Korkean lämpötilan titaaniseosten väsymisominaisuudet
Lentokoneissa rakenteisiin tai osiin kohdistuu pääasiassa vaihtuvia kuormituksia, ja väsymisvika on tärkein vikatila. Zhang Yajuan et ai. suoritti kokeita tutkiakseen Ti-6Al-4V-titaaniseoksen väsymishalkeamien kasvuominaisuuksia. Tutkimus osoitti, että jännityssuhteen kasvaessa väsymishalkeaman kasvukynnys pienenee ja kun jännitysintensiteettitekijä on vakio, halkeaman kasvunopeus on suhteessa jännityssuhteeseen. positiiviseen korrelaatioon. Väsymys SN käyrä näyttää käännepisteen noin 107 kertaa. Pintaan tai pinnan alle syntyy halkeamia. Samanaikaisesti korkea lämpötila edistää halkeamien laajenemista.
Titaaniseosten väsymisvaurioita tapahtuu ajoittain, ja joitain väsymistä estäviä toimenpiteitä on toteutettava niiden väsymisominaisuuksien parantamiseksi. Haulipoistotekniikka on tällä hetkellä laajalti käytetty menetelmä osien väsymissuorituskyvyn parantamiseksi. Tämän menetelmän periaate on pääasiassa muodostaa jäännöspuristusjännitys näytteen pintaan ulkoisen kuormituksen vaikutuksen osittain kompensoimiseksi, mikä parantaa osan väsymiskykyä. Tutkimukset osoittavat, että hauliviirauksella käsiteltyjen materiaalien väsymisrajaa voidaan nostaa yli 34 %, ja hauliviirauksella on erittäin merkittävä vaikutus väsymiskyvyn parantamiseen. Suulakepuristuksen lisäksi ekstruusiovahvistus ja ioni-implantaatio ovat myös menetelmiä parantaa titaaniseosten väsymisominaisuuksia.
Korkean lämpötilan titaaniseosten virumisominaisuudet
Koska lentokoneen komponentit toimivat korkeissa lämpötiloissa, ryöminnällä on suuri vaikutus lentokoneen käyttöikään ja turvallisuuteen. Viruminen tarkoittaa yleensä materiaalien hidasta, korjaamatonta muodonmuutosta korkeassa lämpötilassa ja jatkuvassa kuormituksessa.
Tutkimustulokset osoittavat, että dislokaatioliukulla ja nousulla on tärkeä rooli TA15-lejeeringin virumismuodonmuutosprosessissa tietyllä lämpötila- ja jännitysalueella, ja dislokaationousulla on tärkeä rooli 550 asteen yläpuolella. Jännityksellä, ajalla, lämpötilalla, seosaineelementeillä, mikrorakenteella jne. kaikilla on tietty rooli korkean lämpötilan titaaniseosten virumiskäyttäytymisessä. Tutkimustulokset osoittavat, että testijännityksen kasvaessa virumisprosessin vakaan tilan saavuttamiseen tarvittava aika lyhenee ja virumisnopeus nopeutuu vakaassa tilassa. Virumisen tutkimusta tulisi tehdä virumisen väsymisen vuorovaikutuksen yhteydessä, koska moottoreiden komponenttien vikaantuminen tapahtuu usein näiden kahden yhteisvaikutuksen seurauksena.
