Comportamento all'ossidazione delle leghe di titanio ad alta temperatura
Poiché i motori aeronautici funzionano a temperature elevate, i componenti in lega di titanio ad alta temperatura resistono alla corrosione dovuta all'ossidazione. Le proprietà meccaniche ad alta temperatura delle leghe di titanio sono limitate anche dalla loro capacità di resistere alla corrosione ossidativa. L'ossidazione delle leghe di titanio formerà sulla superficie una pellicola di ossido, che isola l'interno del metallo dall'ambiente esterno. Le proprietà sono relativamente stabili e non verranno ulteriormente ossidate. Tuttavia, all’aumentare della temperatura, la pellicola di ossido superficiale si stacca ciclicamente. Quando le leghe di titanio vengono utilizzate ad alte temperature, le loro proprietà meccaniche ad alta temperatura saranno ridotte a causa degli effetti dell'ossidazione e della corrosione.
È stato studiato il comportamento all'ossidazione delle leghe di titanio ad alta temperatura utilizzando temperature comprese tra 500 gradi e 750 gradi. È stato dimostrato che la temperatura ha un grande impatto sul tasso di ossidazione delle leghe di titanio ad alta temperatura. Nelle prime fasi dell'ossidazione, l'aumento di peso dell'ossidazione cambia linearmente e, all'aumentare dello strato di ossido, la velocità della reazione chimica diminuisce, il peso aumenta in forma parabolica e la pellicola di ossido è costituita da Al2O3 oltre a TiO2. Zeng Shangwu et al. ha studiato il comportamento di ossidazione ad alta temperatura della lega di titanio TC4. Lo studio ha scoperto che il TC4 può rimanere intatto durante l'ossidazione ciclica nella pellicola di ossido a 650 gradi, ma può rompersi e sbucciarsi a temperature più elevate.
Attualmente esistono molti metodi per migliorare la resistenza all'ossidazione delle leghe di titanio ad alta temperatura, come l'aggiunta di altri elementi di lega al titanio puro per produrre una varietà di nuove leghe di titanio. Se si aggiunge alluminio, si forma una densa pellicola di ossido per proteggere la lega di titanio dalla corrosione ossidativa, migliorando così la resistenza all'ossidazione ad alta temperatura della lega di titanio. Inoltre, il silicio e il cromo possono anche formare pellicole di ossido. Tuttavia, un’eccessiva legatura influenzerà anche le proprietà fisiche del materiale. Oltre a migliorare la resistenza all'ossidazione delle leghe di titanio ad alta temperatura, possono essere influenzate anche altre proprietà meccaniche delle leghe di titanio ad alta temperatura, rendendole incapaci di essere ben utilizzate nei motori aerospaziali. Pertanto, come aggiungere ragionevolmente elementi di lega richiede ancora una ricerca continua.
Un altro metodo consiste nel riempire la superficie della lega di titanio con materiali che resistono all'ossidazione ad alta temperatura. Ad esempio, l'alluminizzazione della superficie della lega di titanio ad alta temperatura TC4 può migliorare notevolmente la sua resistenza all'ossidazione ad alta temperatura. Inoltre, esistono anche metodi come la preossidazione. Può migliorare la capacità antiossidante. Tuttavia, ciascun metodo presenta attualmente alcune limitazioni e è necessario utilizzare in modo completo una serie di misure antiossidanti per garantire le proprietà meccaniche ad alta temperatura delle leghe di titanio ad alta temperatura.
Caratteristiche di fatica delle leghe di titanio ad alta temperatura
Nei motori aeronautici, le strutture o le parti sono soggette principalmente a carichi alternati e la rottura per fatica è la principale modalità di rottura. Zhang Yajuan et al. ha condotto esperimenti per studiare le caratteristiche di propagazione delle cricche da fatica della lega di titanio Ti-6Al-4V. La ricerca ha dimostrato che all’aumentare del rapporto di sollecitazione, la soglia di crescita delle cricche da fatica diminuisce e, quando il fattore di intensità dello stress è costante, il tasso di crescita delle cricche è correlato al rapporto di sollecitazione. in una correlazione positiva. La curva SN di fatica appare un punto di flesso circa 107 volte. Le crepe iniziano sulla superficie o nel sottosuolo. Allo stesso tempo, l'alta temperatura favorirà l'espansione delle crepe.
Di tanto in tanto si verifica un cedimento per fatica delle leghe di titanio ed è necessario adottare alcune misure anti-fatica per migliorare le loro caratteristiche di fatica. La tecnologia della pallinatura è attualmente un metodo ampiamente utilizzato per migliorare le prestazioni a fatica delle parti. Il principio di questo metodo è principalmente quello di formare una tensione di compressione residua sulla superficie del provino per compensare parzialmente l'effetto del carico esterno, migliorando così la prestazione a fatica della parte. La ricerca mostra che il limite di fatica dei materiali trattati mediante pallinatura può essere aumentato di oltre il 34% e la pallinatura ha un effetto molto significativo sul miglioramento delle prestazioni a fatica. Oltre alla pallinatura, anche il rafforzamento dell'estrusione e l'impianto ionico sono metodi per migliorare le proprietà di fatica delle leghe di titanio.
Proprietà di creep delle leghe di titanio ad alta temperatura
Poiché i componenti dei motori aeronautici lavorano a temperature elevate, il creep ha un grande impatto sulla durata e sulle prestazioni di sicurezza dei motori aeronautici. Il creep di solito si riferisce a una deformazione lenta e irrecuperabile dei materiali ad alta temperatura e carico sostenuto.
I risultati della ricerca mostrano che lo scivolamento e la salita della dislocazione svolgono un ruolo importante nel processo di deformazione per scorrimento della lega TA15 entro un certo intervallo di temperatura e stress, e la salita della dislocazione gioca un ruolo importante sopra i 550 gradi. Lo stress, il tempo, la temperatura, gli elementi di lega, la microstruttura, ecc. giocano tutti un certo ruolo nel comportamento al creep delle leghe di titanio ad alta temperatura. I risultati della ricerca mostrano che all’aumentare dello stress di prova, il tempo richiesto affinché il processo di creep raggiunga uno stato stazionario si ridurrà e la velocità di creep diventerà più veloce nello stato stazionario. La ricerca sul creep dovrebbe essere condotta insieme all'interazione della fatica da creep, poiché il guasto dei componenti nei motori spesso si verifica sotto l'azione combinata dei due.
