Při výběruslitiny titanu, nejprve určete dovolené napětí na základě meze kluzu, poté ověřte lomovou houževnatost a toleranci poškození pomocí pevnosti v tahu a prodloužení; oba kroky jsou zásadní. Pevnost v tahu představuje maximální zatížení, kterému může materiál odolat, než se roztrhne, -odráží jeho konečnou nosnou kapacitu- a potenciál absorpce energie- před selháním.
Mez kluzu představuje práh, po jehož překročení se deformace stává trvalou-odráží schopnost materiálu zachovat si tvarovou a rozměrovou přesnost a slouží jako skutečná základní čára pro dovolené napětí v konstrukčním návrhu.
1. Co je pevnost v tahu (Rm / σb)?
Definice: Maximální napětí, které může materiál odolat před porušením během tahové zkoušky, měřeno v MPa. Představuje maximální schopnost materiálu odolávat zatížení.
Technický význam:
Pevnost v tahu odpovídá nejvyššímu bodu na křivce napětí-deformace. Za tímto bodem začíná materiál podléhat lokalizovanému zužování a efektivní{2}}nesná plocha se rychle zmenšuje, dokud nedojde k prasknutí.
Určuje „konečnou bezpečnostní rezervu“ součásti,-i když lokalizované přetížení způsobí poddajnost materiálu, pokud není překročena pevnost v tahu, materiál si zachovává schopnost absorbovat energii prostřednictvím plastické deformace (faktor rozhodující pro návrh tolerance-poškození u konstrukčních součástí leteckého průmyslu).
V průmyslu titanových slitin se stupně pevnosti uvedené v nabídkách a technických dohodách-jako Rm větší nebo rovné 400 MPa pro stupeň 2 (GR2) a Rm větší nebo rovné 895 MPa pro stupeň 5 (GR5) (žíhaná tyč)- konkrétně odkazují na tento parametr.
II. Co je mez kluzu (Rp0,2 / σs nebo σ0,2)?
Definice: Úroveň napětí, při které materiál začíná podléhat výrazné plastické deformaci (nevratná, trvalá deformace). Vzhledem k tomu, že většina titanových slitin nevykazuje zřetelné plató na průtažnosti, technická praxe obvykle používá „mez pevnosti v průtažnosti“ (Rp0,2)-definovanou jako napětí způsobující 0,2% trvalou plastickou deformaci-.
Technický význam:
Pod mezí kluzu se díl vrátí do původního tvaru po odstranění zatížení (rozsah elastické deformace); jakmile je mez kluzu překročena, díl podléhá trvalé deformaci a nevrátí se do původního stavu.
U velké většiny konstrukčních součástí slouží mez kluzu jako skutečné konstrukční měřítko. Při analýze napětí se obecně dovolené napětí vypočítá vydělením meze kluzu bezpečnostním faktorem (typicky 1,15–1,5 pro letecké komponenty a 1,5 pro civilní tlakové nádoby).
Příklad: Mez kluzu žíhaného titanu Grade 5 (Ti-6Al-4V) je přibližně 825 MPa, zatímco jeho pevnost v tahu se pohybuje od přibližně 895 do 1030 MPa. Pokud ve svých návrhových výpočtech použijete hodnotu 895 MPa, považujete konečnou pevnost za dovolené napětí – kritickou chybu.
Častý problém: Titanové slitiny jsou materiály s „vysokou specifickou pevností“-jejich poměr výtěžnosti-pevnosti-k-hustotě patří mezi nejvyšší ze všech konstrukčních kovů. Při výpočtu hmotnosti při výběru materiálu je mez kluzu hodnota, která by měla být použita v čitateli.
Faktory ovlivňující pevnost v tahu a mez kluzu titanových slitin
Na základě 15 let zkušeností jsem zjistil, že primární faktory ovlivňující tyto dvě metriky jsou:
Složení slitiny
Al, O, N a C zvyšují pevnost, ale snižují tažnost;
V, Mo, Nb, Cr a Fe stabilizují fázi a ovlivňují zpevnění prostřednictvím tepelného zpracování;
H (Hydrogen) má tendenci způsobovat vodíkové křehnutí; ačkoli se to přímo neodráží v hodnotách pevnosti v tahu, představuje vážné riziko.
Prvky nečistot
Pevnost je vysoce citlivá na obsah kyslíku; vysoké hladiny kyslíku zvyšují pevnost, ale snižují tažnost a houževnatost;
Dusík a uhlík také poskytují posilující účinky, ale nadměrné množství vede ke křehkosti.
Mikrostruktura
Rovnoosá mikrostruktura: Dobrá tažnost a relativně dobrý únavový výkon;
Lamelární mikrostruktura: Dobrá lomová houževnatost, ale mírně nižší tažnost;
Bimodální (duplexní) mikrostruktura: Dobrý celkový výkon;
-fázová frakce, -velikost fáze a krystalografická textura – to vše ovlivňuje výtěžnost a pevnost v tahu.
Tepelné zpracování
Žíhání: Střední pevnost a dobrá tažnost;
Ošetření roztokem a stárnutí: Precipituje jemnou -fázi, což výrazně zvyšuje kluz a pevnost v tahu;
-žíhání: Dobrá houževnatost, ačkoli pevnost může klesat;
Žíhání pro odlehčení pnutí: Ovlivňuje zbytkové napětí a rozměrovou stabilitu.
Technologie zpracování
Linie toku kování, směr válcování a textura vyvolávají anizotropii;
Vlastnosti se liší mezi podélným, příčným a tloušťkovým směrem;
Tvrzení za studena zvyšuje pevnost, ale snižuje tažnost.
Teplota
Rostoucí teploty vedou ke snížení jak pevnosti v tahu, tak meze kluzu;
Dlouhodobá{0} provozní teplota titanových slitin je obecně omezena (např. GR5 je obvykle omezena na méně než 350 stupňů pro dlouhodobé-používání);
Pevnost se zvyšuje při nízkých teplotách, ale tažnost a houževnatost se mohou snížit.
Vzorky a testování
Použití extenzometru významně ovlivňuje měření meze kluzu;
Zarovnání vzorku (souosost), drsnost povrchu, rychlost deformace a umístění vzorku ovlivňují výsledky;
Titanové slitiny nevykazují zřetelnou mez průtažnosti; měření Rp0,2 bez extenzometru poskytuje vysoce nepřesné výsledky.
E-e-mail:garychen3215@hotmail.com
Adresa: č.35, Baoti Rd, město Baoji, provincie Shaanxi, Čína
Kontakt: pan Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobil/WhatsApp: +86 13092900605
