1. Otpornost na oksidaciju legure titanijuma razreda 5 na visokim temperaturama
Legura titanijuma stepena 5 pokazuje dobru otpornost na oksidaciju na umerenim temperaturama, ali njene performanse zavise od temperature.
Na temperaturama do 300 do 350 stepeni, legura formira tanak, gust i prianjajući sloj oksida koji se uglavnom sastoji od TiO₂. Ovaj zaštitni sloj sprečava dalju difuziju kiseonika u podlogu, što rezultira sporom kinetikom oksidacije i stabilnim performansama tokom dugotrajne upotrebe.
Kada temperatura pređe 400 stepeni, oksidacija se značajno ubrzava. Sloj oksida postaje deblji, manje ujednačen i može izgubiti adheziju, što dovodi do povećanog rastvaranja kisika u titanijumskoj matrici. Iznad 450 do 500 stepeni, penetracija kiseonika uzrokuje krhkost kiseonika: atomi kiseonika se rastvaraju intersticijalno u titanijumskoj rešetki, povećavajući tvrdoću, ali značajno smanjujući duktilnost i udarnu žilavost. Ovaj fenomen je poznat kao intersticijalna krtost.
Stoga se Grade 5 ne preporučuje za kontinuiranu upotrebu iznad 400 stepeni ako su potrebni strukturalni integritet i duktilnost. Za aplikacije iznad 400 stepeni, poželjni su premazi otporni na oksidaciju ili legure titana na višim temperaturama kao što su IMI 834 ili Ti-6242.
2. Dugotrajni servis: Smanjenje čvrstoće i otpornosti na koroziju
(1) Dugoročna degradacija čvrstoće
Tokom dugotrajnog izlaganja visokim temperaturama, legura titana 5. razreda prolazi kroz mikrostrukturne promjene koje utiču na mehanička svojstva.
U opsegu od 300 do 350 stepeni, zatezna čvrstoća i granica popuštanja ostaju relativno stabilni hiljadama sati.
Dugotrajno držanje između 400 stepeni – 550 stepeni uzrokuje grublje alfa faze i termičku relaksaciju, što dovodi do postepenog smanjenja vlačne čvrstoće i čvrstoće na zamor.
Difuzija kiseonika i intersticijalna krtost dodatno smanjuju duktilnost i žilavost loma.
Za dugoročne pouzdane performanse, industrija generalno prihvata ograničenje neprekidnog rada od 315 stepeni za stepen 5. Iznad ove temperature, degradacija čvrstoće postaje značajna i ograničava životni vek komponente.
(2) Dugotrajna otpornost na koroziju
U većini okruženja, uključujući morsku, neutralnu atmosferu i blage hemijske medije, Grade 5 održava odličnu otpornost na koroziju nakon dugotrajne upotrebe.
Zaštitni sloj TiO₂ se spontano reformiše ako je oštećen, pružajući postojanu otpornost na koroziju.
Međutim, dva faktora mogu smanjiti performanse:
Oksidacijsko krhkost pri visokim temperaturama:Kao što je spomenuto, duboka penetracija kisika smanjuje površinsku žilavost i može potaknuti stvaranje pukotina pod stresom.
Interakcija puzanja i korozije:Pri visokim temperaturama i dugotrajnom naprezanju, deformacija puzanja može lokalno razbiti pasivni film, ubrzavajući lokaliziranu koroziju u agresivnom mediju.
U normalnim uslovima rada ispod 300 stepeni, ne dolazi do značajne degradacije otpornosti na koroziju tokom dugih perioda.
Rezime
Legura titanijuma stepena 5 ima zadovoljavajuću otpornost na oksidaciju do 350 stepeni – 400 stepeni. Iznad 400 stepeni, oksidacija i krtost kiseonikom postaju ograničavajući faktori.
Dugotrajno izlaganje visokim temperaturama dovodi do postepenog smanjenja čvrstoće zbog mikrostrukturnog grubosti i međuprostorne krtosti, dok otpornost na koroziju ostaje stabilna u tipičnim radnim okruženjima. Za maksimalnu pouzdanost, kontinuiranu radnu temperaturu treba ograničiti na približno 315 stepeni.
