اختلافات الأداء لمواد التيتانيوم

1. الحالة المدرفلة (مثل-التيتانيوم المدرفل)

ميزات البنية الدقيقة: تتميز البنية المجهرية بحبيبات ممدودة ومسطحة (على طول اتجاه التدحرج) مع كثافة عالية من الاضطرابات، وتوجد ضغوط داخلية متبقية في جميع أنحاء المادة. بالنسبة لسبائك + التيتانيوم (على سبيل المثال، درجة 5 Ti-6Al-4V)، تتم محاذاة حبيبات الطور في اتجاه التدحرج، لتكوين نسيج ليفي مميز.

الخصائص الميكانيكية:

قوة: مرتفعة بشكل ملحوظ بسبب تصلب العمل-قوة الشد ومقاومة الخضوع أعلى بنسبة 15–30% من تلك الموجودة في الحالة الملدنة (على سبيل المثال، يتمتع التيتانيوم المدلفن على البارد من الدرجة 2 بقوة شد تصل إلى 550 ميجا باسكال تقريبًا، مقارنة بـ 345 ميجا باسكال تقريبًا للدرجة الملدنة 2).

المتانة والليونة: خفضت بشكل كبير. تنخفض الاستطالة وتقليل المساحة بنسبة 40-60٪ مقارنة بالحالة الصلبة، وتنخفض صلابة التأثير بشكل حاد. تصبح المادة عرضة للتشقق تحت أحمال الانحناء أو الصدمات بسبب الضغوط المتبقية وتشابك الخلع.

القابلية للتشكيل: ضعيف، حيث أن تصلب العمل يزيد من إجهاد تدفق المادة، مما يجعل المزيد من تشوه البلاستيك صعبًا دون التلدين المتوسط.

سيناريوهات التطبيق: مناسب للمكونات التي تتطلب قوة عالية ولكن مع الحد الأدنى من المعالجة -اللاحقة (على سبيل المثال، الأقواس الهيكلية البسيطة، وأدوات التثبيت غير-الحرجة)، ولكن ليس للأجزاء الخاضعة للأحمال الديناميكية أو المعقدة.

2. الحالة الملدنة (التيتانيوم الملدن)

ميزات البنية الدقيقة: تتم إعادة بلورة الحبيبات المشوهة والمطولة إلى هياكل ذات حبيبات دقيقة ومتساوية-؛ يتم القضاء على الاضطرابات، ويتم تخفيف الضغوط المتبقية بالكامل. بالنسبة للسبائك +، يتكون الهيكل المجهري من حبيبات طورية متساوية المحاور -موزعة بشكل موحد وكمية صغيرة من طور -، بدون نسيج اتجاهي.

الخصائص الميكانيكية:

قوة: معتدل ومتوازن-أقل من حالة التدوير ولكن أعلى من حالة الإرسال. تكون القوة ثابتة عبر المقطع العرضي للمادة-وفي جميع الاتجاهات (بدون تباين).

المتانة والليونة: الأمثل بين الولايات الثلاث؛ يمكن أن تصل الاستطالة إلى 20-30% للتيتانيوم النقي تجاريًا، وتكون صلابة الكسر (KIC) أعلى بنسبة 20-40% من الحالة المدلفنة. تُظهر المادة مقاومة جيدة للصدمات والتعب تحت الأحمال الدورية.

القابلية للتشكيل وقابلية التشغيل الآلي: ممتاز؛ تسمح البنية المجهرية الناعمة المعاد بلورتها بالسحب العميق والثني وعمليات التشكيل الأخرى، كما تم تحسين إمكانية التشغيل الآلي بسبب انخفاض الصلابة.

سيناريوهات التطبيق: الحالة الأكثر استخدامًا لمكونات الأغراض العامة-، مثل ألواح جسم الطائرة الفضائية، وأنظمة خطوط الأنابيب البحرية، وأغلفة الأجهزة الطبية، والمبادلات الحرارية للصناعة الكيميائية، حيث تكون القوة المتوازنة، والليونة، ومقاومة التآكل مطلوبة.

3. المحلول-حالة التلدين والشيخوخة (المحلول-المعالجة والشيخوخة، STA Titanium)

الصلب الحل: التسخين فوق / transus (للسبائك +، ~920–950 درجة) لتشكيل بنية مجهرية موحدة -، ثم التبريد للاحتفاظ ببنية فوق مشبعة شبه مستقرة + (أو martensitic ') في درجة حرارة الغرفة.

شيخوخة: إعادة التسخين إلى درجة حرارة أقل (450-550 درجة) لترسيب جزيئات الطور الثانوية - الدقيقة والمشتتة داخل المصفوفة.

ميزات البنية الدقيقة: تتكون البنية المجهرية من -مصفوفة طور ذات رواسب ثانوية دقيقة موزعة بكثافة، والتي تعمل كحواجز خلع. بالنسبة إلى Ti-6Al-4V، تكون الرواسب على شكل إبرة أو على شكل لوح، بأحجام تتراوح من 0.1 إلى 1 ميكرومتر.

الخصائص الميكانيكية:

قوة: أعلى قوة إنتاجية بين الحالات الثلاث- يمكن أن تتجاوز 1000 ميجا باسكال لـ STA Grade 5 (مقارنة بـ ~860 ميجا باسكال للصف الصلب 5)، بزيادة قدرها 15-25%، بسبب تعزيز هطول الأمطار.

المتانة والليونة: معتدل، أقل من الحالة الملدنة ولكن أعلى من الحالة المدلفنة؛ الاستطالة عادة ما تكون 8-12% بالنسبة لـ STA Grade 5، ويتم تقليل صلابة الكسر قليلاً بسبب بنية الراسب الدقيقة، ولكن يتم تعزيز قوة الكلال (بنسبة 20-30%) مقارنة بالحالة الملدنة.

أداء عالي في درجات الحرارة-.: تحسين مقاومة الزحف، حيث تمنع الرواسب حركة التفكك عند درجات حرارة مرتفعة (تصل إلى 350 درجة للصف 5)، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الإنشائية ذات درجات الحرارة العالية.

سيناريوهات التطبيق: يستخدم للمكونات-عالية الأداء والحمل-العالية، مثل شفرات ضاغط محرك الطيران الفضائي، ومعدات هبوط الطائرات، والمثبتات عالية القوة-، ومكونات أدوات الحفر البحرية، حيث تتوفر أقصى قدر من القوة ومقاومة الكلاله حرجة.