İzin Verilen Maksimum Oksijen İçeriği- GR.5 Ti

1. GR.5 Titanyum Alaşımında İzin Verilen Maksimum Oksijen İçeriği

Ti-6Al-4V (Sınıf 5, GR.5) titanyum alaşımı için izin verilen maksimum oksijen içeriği, mekanik ve korozyon performansını sağlamak amacıyla uluslararası standartlar tarafından sıkı bir şekilde düzenlenir.

Temel endüstri standartlarına göre (örn.ASTM B348çubuklar/çubuklar için,ASTM B265levhalar/levhalar için,ASTM B861dikişsiz borular için veAMS4928havacılık-sınıf malzemeleri için),maksimum oksijen içeriği ağırlıkça %0,20'dir(ağırlık yüzdesi) GR.5'in çoğu ticari ve havacılık uygulaması için.

Oksijen, titanyumda katı bir çözelti güçlendirici görevi gören, çekme mukavemetini ve sertliği artıran bir ara alaşım elementidir. Ancak ağırlıkça %0,20 sınırının aşılması süneklik, kırılma tokluğu ve yorulma direncinde önemli bir azalmaya yol açarak alaşımı dinamik veya döngüsel yükler altında kırılgan kırılmaya yatkın hale getirir. Ultra-yüksek-performanslı havacılık bileşenleri (örneğin, motor diskleri veya iniş takımları) için, bazı özel standartlar, mukavemet ve dayanıklılığı dengelemek amacıyla daha sıkı sınırlar (örneğin, ağırlıkça %0,18 oksijen) uygulayabilir.

2. GR.5 Titanyum Alaşımının Kimyasal Kararlılığını Etkileyen Safsızlıklar

GR.5'in kimyasal stabilitesi, onun hizmet ortamlarında (örneğin deniz, kimyasal, vücut sıvıları veya yüksek-sıcaklıktaki atmosferler) korozyona, oksidasyona ve kimyasal bozulmaya karşı direncini ifade eder. Çeşitli yabancı maddeler, konsantrasyon ve hizmet koşullarına bağlı olarak değişen etkileriyle bu stabiliteyi tehlikeye atabilir:

Demir (Fe)

Fe, GR.5'te yaygın bir yabancı maddedir ve standart maksimum limiti ağırlıkça %0,30'dur (ASTM B348'e göre). Bu eşiğin üzerindeki konsantrasyonlarda Fe, / faz sınırlarında ayrışır ve kırılgan intermetalik fazlar (örn. TiFe) oluşturur. Bu fazlar, korozyon başlatma bölgeleri görevi görerek klorür-içeren ortamlarda (örneğin, deniz suyu veya kıyı atmosferleri) oyuklanma korozyonuna karşı direnci azaltır. Aşırı Fe aynı zamanda alaşımın asidik veya tuz{11}} yüklü ortamlarda stresli korozyon çatlamasına (SCC) karşı direncini de azaltır.

Karbon (C)

GR.5'te izin verilen maksimum karbon içeriği ağırlıkça %0,08'dir (ASTM standartları). Yüksek karbon seviyeleri, tekdüze + mikro yapıyı bozan sert, kırılgan titanyum karbür (TiC) çökeltileri oluşturur. TiC parçacıkları mikro çatlak çekirdeklenme bölgeleri olarak hareket eder ve alaşımın aşındırıcı ortamlarda pasifleşme yeteneğini azaltarak genel ve lokal korozyona karşı direncini zayıflatır. Yüksek-sıcaklık uygulamalarında (300 derece /572 derece F'nin üzerinde), fazla karbon, koruyucu olmayan oksit tabakalarının oluşumunu destekleyerek oksidasyonu hızlandırır.

Azot (N)

Azot GR.5'te ağırlıkça maksimum %0,05 ile sınırlıdır. Oksijen gibi nitrojen de bir arayer güçlendiricidir, ancak nitrojenin fazlası titanyum nitrür (TiN) çökeltilerini oluşturur. TiN oldukça kırılgandır ve alaşımın sünekliğini azaltırken aynı zamanda korozyona karşı koruma sağlayan pasif TiO₂ filminin bütünlüğünü de bozar. Biyomedikal uygulamalarda (örn. ortopedik implantlar), nitrojen safsızlıkları, lokal inflamasyonu tetikleyerek ve vücut sıvılarında (örn. simüle edilmiş vücut sıvısı, SBF) korozyon direncini azaltarak biyouyumluluğu tehlikeye atabilir.

Hidrojen (H)

Hidrojen, GR.5'te en katı sınıra sahiptir ve çoğu kalite için tipik olarak ağırlıkça %0,015 (150 ppm) ile sınırlandırılmıştır. Eser miktardaki hidrojen bile neden olabilirhidrojen kırılganlığı (HE)titanyum alaşımlarında. Hidrojen kafes içine yayılır ve tane sınırları veya faz arayüzleri boyunca kırılgan hidrit fazlar (örn. TiH₂) oluşturur. Bu hidritler sünekliği ve tokluğu büyük ölçüde azaltır ve çekme veya döngüsel yükler altında erken kırılmayı tetikler. Kimyasal işleme ortamlarında (örneğin, asidik çözeltiler veya hidrojen-zengin gazlar), hidrojen alımı hızlandırılır, bu da kimyasal ve mekanik stabiliteyi daha da tehlikeye atar.

Silikon (Si)

Silikon, GR.5'te maksimum limiti ağırlıkça %0,10 olan bir eser safsızlıktır. Küçük miktarlarda Si, oksit katmanını stabilize ederek yüksek-sıcaklıktaki oksidasyon direncini geliştirebilirken, fazla Si, silisit çökeltileri (örneğin, Ti₅Si₃) oluşturur. Bu çökeltiler alkali veya oksitleyici ortamlarda korozyon direncini azaltır ve aşındırıcı ortamlarda alaşımın yorulma ömrünü azaltır. Yüksek sıcaklıklarda çalışan havacılık motor bileşenlerinde aşırı Si, erken oksidasyona ve kireçlenmeye neden olabilir.