1. Устойчивост на окисляване на титанова сплав клас 5 при високи температури
Титановата сплав клас 5 показва добра устойчивост на окисляване при умерени температури, но нейните характеристики зависят от температурата.
При температури до 300 градуса – 350 градуса, сплавта образува тънък, плътен и прилепнал оксиден слой, съставен главно от TiO₂. Този защитен слой предотвратява по-нататъшната дифузия на кислород в субстрата, което води до бавна окислителна кинетика и стабилна работа по време на дългосрочна експлоатация.
Когато температурата надвиши 400 градуса, окисляването се ускорява значително. Оксидният слой става по-дебел, по-малко еднороден и може да загуби адхезия, което води до повишено разтваряне на кислород в титановата матрица. Над 450 градуса – 500 градуса, проникването на кислород причинява кислородна крехкост: кислородните атоми се разтварят интерстициално в титановата решетка, увеличавайки твърдостта, но силно намалявайки пластичността и якостта на удар. Това явление е известно като интерстициална крехкост.
Следователно степен 5 не се препоръчва за продължителна употреба над 400 градуса, ако се изисква структурна цялост и пластичност. За приложения над 400 градуса се предпочитат устойчиви на окисление покрития или титанови сплави с по-висока температура като IMI 834 или Ti-6242.
2. Дългосрочно обслужване: Влошаване на якостта и устойчивостта на корозия
(1) Влошаване на якостта в дългосрочен план
По време на дълготрайно излагане на висока температура титановата сплав клас 5 претърпява микроструктурни промени, които засягат механичните свойства.
В диапазона от 300 градуса до 350 градуса, якостта на опън и границата на провлачване остават относително стабилни в продължение на хиляди часове.
Продължителното задържане между 400 градуса – 550 градуса причинява огрубяване на алфа фазата и термична релаксация, което води до постепенно намаляване на якостта на опън и якостта на умора.
Кислородната дифузия и интерстициалната крехкост допълнително намаляват пластичността и якостта на счупване.
За дългосрочна надеждна работа индустрията обикновено приема лимит за непрекъсната експлоатация от 315 градуса за степен 5. Отвъд тази температура, влошаването на якостта става значително и ограничава живота на компонентите.
(2) Дългосрочна устойчивост на корозия
В повечето среди, включително морски, неутрални атмосфери и леки химически среди, клас 5 поддържа отлична устойчивост на корозия след продължителна употреба.
Защитният слой TiO₂ спонтанно се преобразува, ако е повреден, осигурявайки постоянна устойчивост на корозия.
Два фактора обаче могат да намалят ефективността:
Крехкост при високотемпературно окисление:Както бе споменато, дълбокото проникване на кислород влошава якостта на повърхността и може да насърчи образуването на пукнатини при напрежение.
Взаимодействие пълзене-корозия:При високи температури и продължително напрежение, деформацията при пълзене може да разкъса пасивния филм локално, ускорявайки локализираната корозия в агресивни среди.
При нормални експлоатационни условия под 300 градуса не се наблюдава значително влошаване на устойчивостта на корозия за дълги периоди.
Резюме
Титанова сплав клас 5 има задоволителна устойчивост на окисление до 350 градуса – 400 градуса. Над 400 градуса окисляването и кислородната крехкост стават ограничаващи фактори.
Дълготрайното излагане на висока температура води до постепенно намаляване на якостта поради микроструктурно загрубяване и интерстициална крехкост, докато устойчивостта на корозия остава стабилна в типичните експлоатационни среди. За максимална надеждност непрекъснатата работна температура трябва да бъде ограничена до приблизително 315 градуса.
