Окислювальна поведінка високотемпературних титанових сплавів
Оскільки авіаційні двигуни працюють при високих температурах, компоненти з високотемпературного титанового сплаву будуть протистояти окислювальній корозії. Високотемпературні механічні властивості титанових сплавів також обмежені їхньою здатністю протистояти окислювальній корозії. Окислення титанових сплавів утворює на поверхні оксидну плівку, яка ізолює внутрішню частину металу від зовнішнього середовища. Властивості відносно стабільні і не піддаються подальшому окисленню. Однак із підвищенням температури поверхнева оксидна плівка циклічно відшаровується. Коли титанові сплави використовуються при високих температурах, їх високотемпературні механічні властивості будуть знижені через вплив окислення та корозії.
Вивчено окиснювальну поведінку високотемпературних титанових сплавів при температурах від 500 до 750 градусів. Показано, що температура має великий вплив на швидкість окислення жароміцних титанових сплавів. На ранніх стадіях окислення збільшення маси окислення змінюється лінійно, і зі збільшенням оксидного шару швидкість хімічної реакції зменшується, вага збільшується у параболічній формі, і оксидна плівка складається з Al2O3 на додаток до TiO2. Zeng Shangwu та ін. досліджували високотемпературну окиснювальну поведінку титанового сплаву TC4. Дослідження показало, що TC4 може залишатися неушкодженим під час циклічного окислення в оксидній плівці при 650 градусах, але може тріснути та відшаруватися при вищих температурах.
В даний час існує багато методів підвищення стійкості високотемпературних титанових сплавів до окислення, таких як додавання інших легуючих елементів до чистого титану для отримання різноманітних нових титанових сплавів. Якщо додати алюміній, утворюється щільна оксидна плівка для захисту титанового сплаву від окисної корозії, тим самим покращуючи стійкість титанового сплаву до високотемпературного окислення. Крім того, кремній і хром також можуть утворювати оксидні плівки. Однак надмірне легування також вплине на фізичні властивості матеріалу. Підвищуючи стійкість до окислення високотемпературних титанових сплавів, інші високотемпературні механічні властивості високотемпературних титанових сплавів також можуть постраждати, що робить їх непридатними для використання в аерокосмічних двигунах. Тому те, як розумно додавати легуючі елементи, все ще потребує продовження досліджень.
Інший метод полягає в заповненні поверхні титанового сплаву матеріалами, стійкими до високотемпературного окислення. Наприклад, алюмінування поверхні високотемпературного титанового сплаву TC4 може значно підвищити його стійкість до високотемпературного окислення. Крім того, існують також такі методи, як попереднє окислення. Може покращити антиоксидантну здатність. Проте кожен метод на даний момент має певні обмеження, і для забезпечення високотемпературних механічних властивостей високотемпературних титанових сплавів необхідно комплексно використовувати різноманітні заходи проти окислення.
Втомні характеристики жаропрочних титанових сплавів
В авіаційних двигунах конструкції або деталі в основному піддаються змінним навантаженням, і основним видом відмови є втомне руйнування. Чжан Яцзюань та ін. провели експерименти з вивчення характеристик розвитку втомної тріщини титанового сплаву Ti-6Al-4V. Дослідження показали, що зі збільшенням коефіцієнта напружень поріг росту втомної тріщини буде знижуватися, а коли коефіцієнт інтенсивності напружень постійний, швидкість росту тріщин пов’язана з коефіцієнтом напружень. в позитивну кореляцію. Крива втоми SN виглядає точкою перегину приблизно 107 разів. Тріщини виникають на поверхні або під поверхнею. У той же час висока температура буде сприяти розширенню тріщин.
Час від часу відбувається втомне руйнування титанових сплавів, і для покращення їхніх втомних характеристик необхідно вжити деяких заходів проти втоми. Технологія дробеструйної обробки в даний час є широко використовуваним методом покращення втомних характеристик деталей. Принцип цього методу полягає головним чином у формуванні залишкової напруги стиску на поверхні зразка, щоб частково компенсувати вплив зовнішнього навантаження, тим самим покращуючи характеристики втоми деталі. Дослідження показують, що межа втоми матеріалів, оброблених методом дробеструйної обробки, може бути збільшена більш ніж на 34%, а дробеструйна обробка має дуже значний вплив на покращення втомної роботи. На додаток до дробеструйної обробки, екструзійне зміцнення та іонна імплантація також є методами покращення втомних властивостей титанових сплавів.
Властивості повзучості високотемпературних титанових сплавів
Оскільки компоненти авіаційних двигунів працюють при високих температурах, повзучість має великий вплив на термін служби та характеристики безпеки авіаційних двигунів. Повзучість зазвичай відноситься до повільної, невідновної деформації матеріалів під дією високої температури та тривалого навантаження.
Результати дослідження показують, що ковзання та підйом дислокації відіграють важливу роль у процесі деформації повзучості сплаву TA15 у певному діапазоні температури та напруги, а підйом дислокації відіграє важливу роль вище 550 градусів. Напруга, час, температура, елементи сплаву, мікроструктура тощо відіграють певну роль у повзучості високотемпературних титанових сплавів. Результати дослідження показують, що зі збільшенням випробувальної напруги час, необхідний для досягнення стаціонарного стану процесу повзучості, буде меншим, а швидкість повзучості стане вищою в стаціонарному стані. Дослідження повзучості слід проводити в поєднанні з взаємодією втоми повзучості, оскільки відмова компонентів у двигунах часто відбувається під спільною дією двох.
