Legura titanijuma stepena 5, takođe poznata kao Ti-6Al-4V, je najrasprostranjenija legura titanijuma u vazduhoplovstvu, automobilskoj industriji, medicini, pomorstvu i strukturnim poljima visokih performansi. Jedna od njegovih najatraktivnijih prednosti je odlična otpornost na zamor, posebno pod cikličnim opterećenjem, korozivnim okruženjima i povišenim temperaturama. Njegovo ponašanje na zamor snažno je povezano s toplinskom obradom, stanjem površine, vrstom opterećenja i proizvodnim procesom. Ispod je detaljno objašnjenje njegovih performansi zamora.
Prvo, čvrstoća na zamor Ti‑6Al‑4V se obično procjenjuje korištenjem S‑N krive pod cikličnim opterećenjem zatezanje-kompresija ili savijanjem.
Za žareni Ti‑6Al‑4V, granica izdržljivosti (granica zamora na 107 ciklusa) je ap
približno 450–500 MPa pod aksijalnim opterećenjem. Pod rotirajućim savijanjem, vrijednost je nešto veća, općenito 495–575 MPa. Ovaj nivo je znatno viši od mnogih čelika i legura aluminijuma iste gustine, što ga čini idealnim za lagane strukturne komponente koje su izložene dugotrajnim vibracijama i ciklusima opterećenja.
Toplinska obrada ima izvanredan učinak na performanse umora.
Ti‑6Al‑4V tretiran rastvorom i ostario (STA) ima veću vlačnu čvrstoću i čvrstoću tečenja, tako da njegova čvrstoća na zamor u velikom ciklusu može doseći 550–630 MPa, što je oko 10% više od stanja žarenja. Međutim, budući da se duktilnost i žilavost blago smanjuju, njegova otpornost na rast pukotina može biti smanjena. Nasuprot tome, žareno stanje pruža bolju otpornost na širenje pukotine od zamora i stabilnije je pod opterećenjem promjenjive amplitude, tako da se preferira u aplikacijama gdje se rizik od loma mora svesti na minimum.
Drugo, stopa rasta pukotine od zamora je ključni pokazatelj pouzdanosti konstrukcije.
Ti‑6Al‑4V ima nisku stopu rasta pukotina od zamora u poređenju sa većinom konstrukcijskih metala. U tipičnim ambijentalnim uvjetima, stopa rasta prsline da/dN slijedi Pariski zakon, s relativno niskim koeficijentom. To znači da čak i ako postoje mali defekti, legura ih može tolerisati bez iznenadnog kvara tokom velikog broja ciklusa. Ova karakteristika je kritična za vazduhoplovne komponente kao što su lopatice turbine, delovi stajnog trapa i strukture trupa aviona.
Stanje površine je još jedan važan faktor. Polirane ili metkane površine značajno poboljšavaju vijek trajanja. Sačmarenje uvodi tlačno zaostalo naprezanje na površini, koje efikasno potiskuje nastanak pukotine i može povećati čvrstoću na zamor za 90-125 MPa. Nasuprot tome, grube površine, tragovi obrade ili zarezi djeluju kao podizači naprezanja i mogu smanjiti performanse zamora za 30% ili više. Stoga se završna obrada površine snažno preporučuje za aplikacije sa visokim zamorom.
Što se tiče uticaja na okolinu, titanijum stepena 5 održava odličnu otpornost na zamor u korozivnim sredinama kao što su morska voda, slani sprej i blagi kiseli ili alkalni uslovi.
Za razliku od čelika, ne trpi ozbiljnu degradaciju zamora od korozije u hloridnim sredinama. To ga čini prvim izborom za pomorske komponente, offshore strukture i hirurške implantate. Na umjereno povišenim temperaturama (oko 150-200 stupnjeva), čvrstoća na zamor blago opada, ali ostaje superiorna u odnosu na mnoge legure aluminija.
Ukratko,Legura titanijuma stepena 5 pokazuje izvanrednu čvrstoću na zamor tokom visokog ciklusa, dobru otpornost na rast pukotina i jaku izdržljivost na zamor u okolini. Pravilna toplinska obrada i poboljšanje površine mogu dodatno optimizirati njegovo ponašanje pri zamoru. Ova svojstva objašnjavaju zašto Ti‑6Al‑4V ostaje nezamjenjiv u komponentama koje zahtijevaju laganu, veliku čvrstoću i ultra-visoku izdržljivost pod dugotrajnim cikličnim opterećenjem.
