Yüksek sıcaklık titanyum alaşımlarının oksidasyon davranışı
Uçak motorları yüksek sıcaklıklarda çalıştığından, yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlı bileşenler oksidasyon korozyonuna dayanacaktır. Titanyum alaşımlarının yüksek sıcaklıktaki mekanik özellikleri, oksidasyon korozyonuna karşı direnç yetenekleri nedeniyle de sınırlıdır. Titanyum alaşımlarının oksidasyonu yüzeyde metalin iç kısmını dış ortamdan izole eden bir oksit filmi oluşturacaktır. Özellikleri nispeten stabildir ve daha fazla oksitlenmez. Ancak sıcaklık arttıkça yüzeydeki oksit film periyodik olarak soyulur. Titanyum alaşımları yüksek sıcaklıklarda kullanıldığında oksidasyon ve korozyon etkileri nedeniyle yüksek sıcaklıktaki mekanik özellikleri azalacaktır.
Yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlarının 500 derece ila 750 derece arasındaki sıcaklıklar kullanılarak oksidasyon davranışı incelenmiştir. Yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlarının oksidasyon hızı üzerinde sıcaklığın büyük etkisi olduğu gösterilmiştir. Oksidasyonun erken aşamalarında oksidasyon ağırlık artışı doğrusal olarak değişir, oksit tabakası arttıkça kimyasal reaksiyon hızı düşer, ağırlık parabolik şekilde artar ve oksit filmi TiO2'ye ek olarak Al2O3'ten oluşur. Zeng Shangwu ve diğerleri. TC4 titanyum alaşımının yüksek sıcaklıkta oksidasyon davranışını inceledi. Çalışma, TC4'ün 650 derecede oksit filmde döngüsel oksidasyon sırasında bozulmadan kalabildiğini, ancak daha yüksek sıcaklıklarda çatlayıp soyulabileceğini buldu.
Halihazırda, çeşitli yeni titanyum alaşımları yapmak için saf titanyuma başka alaşım elementleri eklemek gibi, yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlarının oksidasyon direncini geliştirmek için birçok yöntem vardır. Alüminyum eklenirse, titanyum alaşımını oksidatif korozyondan korumak için yoğun bir oksit filmi oluşturulur, böylece titanyum alaşımının yüksek sıcaklıkta oksidasyon direnci artar. Ayrıca silikon ve krom da oksit filmler oluşturabilir. Ancak aşırı alaşımlama malzemenin fiziksel özelliklerini de etkileyecektir. Yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlarının oksidasyon direnci artarken, yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlarının diğer yüksek sıcaklıktaki mekanik özellikleri de etkilenebilir ve bu durum onların havacılık ve uzay motorlarında iyi bir şekilde kullanılamamasına neden olabilir. Bu nedenle, alaşım elementlerinin makul bir şekilde nasıl ekleneceği hâlâ sürekli araştırmayı gerektirmektedir.
Diğer bir yöntem ise titanyum alaşımının yüzeyini yüksek sıcaklıkta oksidasyona dayanıklı malzemelerle doldurmaktır. Örneğin, TC4 yüksek sıcaklık titanyum alaşımının yüzeyinin aluminize edilmesi, yüksek sıcaklıkta oksidasyon direncini büyük ölçüde artırabilir. Ayrıca ön oksidasyon gibi yöntemler de vardır. Antioksidan kapasiteyi artırabilir. Bununla birlikte, her yöntemin şu anda belirli sınırlamaları vardır ve yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlarının yüksek sıcaklıktaki mekanik özelliklerini sağlamak için çeşitli oksidasyon önleyici önlemlerin kapsamlı bir şekilde kullanılması gerekir.
Yüksek sıcaklık titanyum alaşımlarının yorulma özellikleri
Uçak motorlarında yapılar veya parçalar çoğunlukla alternatif yüklere maruz kalır ve yorulma hasarı ana arıza türüdür. Zhang Yajuan ve diğerleri. Ti-6Al-4V titanyum alaşımının yorulma çatlağı büyüme özelliklerini incelemek için deneyler gerçekleştirdi. Araştırma, gerilim oranı arttıkça yorulma çatlağı büyüme eşiğinin azalacağını, gerilim yoğunluk faktörü sabit olduğunda çatlak büyüme hızının gerilim oranıyla ilişkili olduğunu gösterdi. pozitif bir korelasyona dönüşür. Yorgunluk SN eğrisi yaklaşık 107 kez bir bükülme noktası olarak görünür. Çatlaklar yüzeyde veya yüzey altında başlar. Aynı zamanda yüksek sıcaklık çatlakların genişlemesini teşvik edecektir.
Titanyum alaşımlarında yorulma arızası zaman zaman meydana gelir ve yorulma özelliklerini iyileştirmek için bazı yorulma önleyici önlemlerin alınması gerekir. Bilyeli dövme teknolojisi şu anda parçaların yorulma performansını iyileştirmek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemin prensibi esas olarak dış yükün etkisini kısmen dengelemek için numunenin yüzeyinde artık basınç gerilimi oluşturmak, böylece parçanın yorulma performansını arttırmaktır. Araştırmalar, bilyalı dövme ile işlenen malzemelerin yorulma sınırının %34'ten daha fazla artırılabildiğini ve bilyalı dövmenin yorulma performansının iyileştirilmesinde çok önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Bilyeli dövmeye ek olarak, ekstrüzyonla güçlendirme ve iyon implantasyonu da titanyum alaşımlarının yorulma özelliklerini iyileştirmeye yönelik yöntemlerdir.
Yüksek sıcaklık titanyum alaşımlarının sürünme özellikleri
Uçak motorlarındaki bileşenler yüksek sıcaklıklarda çalıştığı için sürünme, uçak motorlarının servis ömrü ve emniyet performansı üzerinde büyük etkiye sahiptir. Sürünme genellikle yüksek sıcaklık ve sürekli yük altında malzemelerin yavaş, kurtarılamaz deformasyonunu ifade eder.
Araştırma sonuçları, belirli bir sıcaklık ve gerilme aralığında TA15 alaşımının sürünme deformasyon sürecinde dislokasyon kayması ve tırmanışının önemli bir rol oynadığını, 550 derecenin üzerinde dislokasyon tırmanışının ise önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Yüksek sıcaklıktaki titanyum alaşımlarının sürünme davranışında stres, zaman, sıcaklık, alaşım elementleri, mikro yapı vb. hepsi belirli bir rol oynar. Araştırma sonuçları, test stresi arttıkça sünme sürecinin kararlı duruma ulaşması için gereken sürenin kısalacağını ve sünme hızının kararlı durumda daha hızlı olacağını göstermektedir. Sünme üzerine yapılan araştırmalar, sünme yorgunluğunun etkileşimi ile birlikte yürütülmelidir, çünkü motorlardaki bileşenlerin arızalanması sıklıkla ikisinin birleşik etkisi altında meydana gelir.
