1. Oxidationsmodstand af grad 5 titaniumlegering ved høje temperaturer
Grade 5 titanlegering udviser god oxidationsmodstand ved moderate temperaturer, men dens ydeevne er temperaturafhængig.
Ved temperaturer op til 300 grader - 350 grader danner legeringen et tyndt, tæt og vedhæftende oxidlag hovedsageligt sammensat af TiO₂. Dette beskyttende lag forhindrer yderligere iltdiffusion ind i substratet, hvilket resulterer i langsom oxidationskinetik og stabil ydeevne under langvarig service.
Når temperaturen overstiger 400 grader, accelererer oxidationen mærkbart. Oxidlaget bliver tykkere, mindre ensartet og kan miste vedhæftning, hvilket fører til øget oxygenopløsning i titaniummatrixen. Over 450 grader - 500 grader forårsager iltindtrængning iltskørhed: iltatomer opløses interstitielt i titaniumgitteret, hvilket øger hårdheden, men reducerer kraftigt duktiliteten og stødsejheden. Dette fænomen er kendt som interstitiel skørhed.
Derfor anbefales klasse 5 ikke til kontinuerlig brug over 400 grader, hvis strukturel integritet og duktilitet er påkrævet. Til applikationer over 400 grader foretrækkes oxidationsbestandige belægninger eller titanlegeringer med højere temperatur, såsom IMI 834 eller Ti-6242.
2. Langtidsservice: Styrke og nedbrydning af korrosionsbestandighed
(1) Langsigtet styrkeforringelse
Under langvarig eksponering ved høje temperaturer gennemgår Grade 5 titanlegering mikrostrukturelle ændringer, der påvirker mekaniske egenskaber.
I intervallet 300 grader – 350 grader forbliver trækstyrke og flydespænding relativt stabile i tusindvis af timer.
Længerevarende fastholdelse mellem 400 grader – 550 grader forårsager alfafase forgrovning og termisk afslapning, hvilket fører til et gradvist fald i trækstyrke og træthedsstyrke.
Iltdiffusion og interstitiel skørhed reducerer yderligere duktilitet og brudsejhed.
For langsigtet pålidelig ydeevne accepterer industrien generelt en kontinuerlig servicegrænse på 315 grader for grad 5. Ud over denne temperatur bliver styrkeforringelsen betydelig og begrænser komponentens levetid.
(2) Langsigtet korrosionsbestandighed
I de fleste miljøer, inklusive marine, neutrale atmosfærer og milde kemiske medier, bevarer Grade 5 fremragende korrosionsbestandighed efter langvarig brug.
Det beskyttende TiO₂-lag omdannes spontant, hvis det beskadiges, hvilket giver vedvarende korrosionsbestandighed.
To faktorer kan dog reducere ydeevnen:
Oxidationsskørhed ved høj temperatur:Som nævnt forringer dyb iltindtrængning overfladesejhed og kan fremme revnedannelse under stress.
Kryb-korrosionsinteraktion:Ved høje temperaturer og vedvarende stress kan krybedeformation sprænge den passive film lokalt, hvilket accelererer lokal korrosion i aggressive medier.
Under normale driftsforhold under 300 grader sker der ingen meningsfuld forringelse af korrosionsbestandigheden over lange perioder.
Oversigt
Grade 5 titanlegering har tilfredsstillende oxidationsmodstand op til 350 grader - 400 grader. Over 400 grader bliver oxidation og iltskørhed begrænsende faktorer.
Langvarig eksponering for høje temperaturer fører til gradvis styrkereduktion på grund af mikrostrukturel forgrovning og interstitiel skørhed, mens korrosionsbestandigheden forbliver stabil i typiske servicemiljøer. For maksimal pålidelighed bør kontinuerlig driftstemperatur begrænses til ca. 315 grader.
