Oxidationsbeteende hos högtemperatur titanlegeringar
Eftersom flygmotorer arbetar vid höga temperaturer kommer titanlegeringskomponenterna med hög temperatur att motstå oxidationskorrosion. De mekaniska högtemperaturegenskaperna hos titanlegeringar är också begränsade av deras förmåga att motstå oxidationskorrosion. Oxidationen av titanlegeringar kommer att bilda en oxidfilm på ytan, som isolerar metallens inre från den yttre miljön. Egenskaperna är relativt stabila och kommer inte att oxideras ytterligare. Men när temperaturen ökar, skalar ytoxidfilmen av cykliskt. När titanlegeringar används vid höga temperaturer kommer deras mekaniska egenskaper vid hög temperatur att försämras på grund av effekterna av oxidation och korrosion.
Oxidationsbeteendet hos högtemperatur titanlegeringar med temperaturer mellan 500 grader och 750 grader har studerats. Det har visat sig att temperaturen har en stor inverkan på oxidationshastigheten hos högtemperatur titanlegeringar. I de tidiga stadierna av oxidationen ändras oxidationens viktökning linjärt, och när oxidskiktet ökar, minskar den kemiska reaktionshastigheten, vikten ökar i parabolform och oxidfilmen består av Al2O3 förutom TiO2. Zeng Shangwu et al. studerade högtemperaturoxidationsbeteendet hos TC4 titanlegering. Studien fann att TC4 kan förbli intakt under cyklisk oxidation i oxidfilmen vid 650 grader, men kan spricka och flagna vid högre temperaturer.
Det finns för närvarande många metoder för att förbättra oxidationsbeständigheten hos högtemperatur titanlegeringar, såsom att lägga till andra legeringselement till rent titanlegeringar för att göra en mängd nya titanlegeringar. Om aluminium tillsätts bildas en tät oxidfilm för att skydda titanlegeringen från oxidativ korrosion, och därigenom förbättra titanlegeringens oxidationsbeständighet vid hög temperatur. Dessutom kan kisel och krom också bilda oxidfilmer. Men överdriven legering kommer också att påverka materialets fysikaliska egenskaper. Samtidigt som oxidationsbeständigheten hos titanlegeringar vid hög temperatur förbättras, kan andra högtemperaturmekaniska egenskaper hos titanlegeringar vid hög temperatur också påverkas, vilket gör att de inte kan användas väl i flygmotorer. Hur man rimligen kan lägga till legeringselement kräver därför fortsatt forskning.
En annan metod är att fylla ytan av titanlegering med material som motstår oxidation vid hög temperatur. Till exempel kan aluminisering av ytan av TC4 högtemperatur titanlegering avsevärt förbättra dess oxidationsbeständighet vid hög temperatur. Dessutom finns det även metoder som föroxidation. Kan förbättra antioxidantkapaciteten. Men varje metod har för närvarande vissa begränsningar, och en mängd olika antioxidationsåtgärder måste användas omfattande för att säkerställa de mekaniska egenskaperna hos högtemperatur titanlegeringar.
Utmattningsegenskaper hos högtemperatur titanlegeringar
I flygmotorer utsätts strukturer eller delar huvudsakligen för växlande belastningar, och utmattningsbrott är det huvudsakliga felläget. Zhang Yajuan et al. genomförde experiment för att studera egenskaperna för tillväxt av utmattningssprickor hos Ti-6Al-4V titanlegering. Forskningen visade att när spänningsförhållandet ökar, kommer utmattningsspricktillväxttröskeln att minska, och när spänningsintensitetsfaktorn är konstant är spricktillväxthastigheten relaterad till spänningsförhållandet. till en positiv korrelation. Utmattnings-SN-kurvan uppträder som en böjningspunkt vid cirka 107 gånger. Sprickor initieras på ytan eller under ytan. Samtidigt kommer hög temperatur att främja expansionen av sprickor.
Utmattningsfel hos titanlegeringar inträffar då och då, och vissa åtgärder mot utmattning måste vidtas för att förbättra deras utmattningsegenskaper. Kulblästringsteknik är för närvarande en allmänt använd metod för att förbättra utmattningsprestandan hos delar. Principen för denna metod är huvudsakligen att bilda kvarvarande tryckspänning på provets yta för att delvis kompensera effekten av den externa belastningen, och därigenom förbättra utmattningsprestandan hos delen. Forskning visar att utmattningsgränsen för material som behandlas med kulblästring kan ökas med mer än 34 %, och kulblästring har en mycket betydande effekt på att förbättra utmattningsprestandan. Förutom kulblästring är extruderingsförstärkning och jonimplantation också metoder för att förbättra utmattningsegenskaperna hos titanlegeringar.
Krypegenskaper hos högtemperatur titanlegeringar
Eftersom komponenterna i flygmotorer arbetar vid höga temperaturer har krypning stor inverkan på flygmotorers livslängd och säkerhetsprestanda. Krypning hänvisar vanligtvis till en långsam, oåterställbar deformation av material under hög temperatur och ihållande belastning.
Forskningsresultaten visar att dislokationsglidning och -klättring spelar en viktig roll i krypdeformationsprocessen av TA15-legering inom ett visst temperatur- och spänningsområde, och dislokationsklättring spelar en viktig roll över 550 grader. Stress, tid, temperatur, legeringselement, mikrostruktur, etc. spelar alla en viss roll i krypbeteendet hos titanlegeringar med hög temperatur. Forskningsresultaten visar att när testspänningen ökar kommer tiden som krävs för att krypningsprocessen ska nå ett stabilt tillstånd att bli kortare, och kryphastigheten blir snabbare vid stationärt tillstånd. Forskning om krypning bör utföras i samband med växelverkan mellan kryputmattning, eftersom fel på komponenter i motorer ofta uppstår under den kombinerade verkan av de två.
