1. Oxidationsbeständighet hos titanlegering av grad 5 vid höga temperaturer
Grad 5 titanlegering uppvisar god oxidationsbeständighet vid måttliga temperaturer, men dess prestanda är temperaturberoende.
Vid temperaturer upp till 300 grader – 350 grader bildar legeringen ett tunt, tätt och vidhäftande oxidskikt huvudsakligen sammansatt av TiO₂. Detta skyddande skikt förhindrar ytterligare syrediffusion in i substratet, vilket resulterar i långsam oxidationskinetik och stabil prestanda under långvarig drift.
När temperaturen överstiger 400 grader accelererar oxidationen märkbart. Oxidskiktet blir tjockare, mindre enhetligt och kan förlora vidhäftning, vilket leder till ökad syreupplösning i titanmatrisen. Över 450 grader – 500 grader orsakar syrepenetrering syreförsprödning: syreatomer löses upp interstitiellt i titangittret, vilket ökar hårdheten men kraftigt minskar duktiliteten och slagsegheten. Detta fenomen är känt som interstitiell sprödhet.
Därför rekommenderas inte klass 5 för kontinuerlig användning över 400 grader om strukturell integritet och duktilitet krävs. För applikationer över 400 grader föredras oxidationsbeständiga beläggningar eller titanlegeringar med högre temperatur som IMI 834 eller Ti-6242.
2. Långtidsservice: Försämring av styrka och korrosionsbeständighet
(1) Långvarig hållfasthetsförsämring
Under långvarig exponering för hög temperatur genomgår titanlegering av grad 5 mikrostrukturella förändringar som påverkar mekaniska egenskaper.
I intervallet 300 grader – 350 grader förblir draghållfasthet och sträckgräns relativt stabila i tusentals timmar.
Långvarig hållning mellan 400 grader – 550 grader orsakar alfa-förgrovning och termisk avslappning, vilket leder till en gradvis minskning av draghållfasthet och utmattningshållfasthet.
Syrediffusion och interstitiell sprödhet minskar ytterligare duktilitet och brottseghet.
För långsiktig tillförlitlig prestanda accepterar industrin i allmänhet en kontinuerlig servicegräns på 315 grader för grad 5. Bortom denna temperatur blir hållfasthetsförsämringen betydande och begränsar komponenternas livslängd.
(2) Långsiktig korrosionsbeständighet
I de flesta miljöer, inklusive marin, neutral atmosfär och milda kemiska medier, bibehåller Grade 5 utmärkt korrosionsbeständighet efter långvarig användning.
Det skyddande TiO₂-skiktet reformeras spontant om det skadas, vilket ger ihållande korrosionsbeständighet.
Två faktorer kan dock minska prestandan:
Oxidationsförsprödning vid hög temperatur:Som nämnts försämrar djupt syreinträngning ytsegheten och kan främja sprickbildning under stress.
Kryp-korrosionsinteraktion:Vid höga temperaturer och ihållande stress kan krypdeformation lokalt bryta den passiva filmen, vilket påskyndar lokal korrosion i aggressiva medier.
Under normala driftförhållanden under 300 grader sker ingen meningsfull försämring av korrosionsbeständigheten under långa perioder.
Sammanfattning
Grad 5 titanlegering har tillfredsställande oxidationsbeständighet upp till 350 grader – 400 grader. Över 400 grader blir oxidation och syreförsprödning begränsande faktorer.
Långvarig exponering för hög temperatur leder till gradvis minskning av styrkan på grund av mikrostrukturell förgrovning och interstitiell försprödning, medan korrosionsbeständigheten förblir stabil i typiska servicemiljöer. För maximal tillförlitlighet bör den kontinuerliga drifttemperaturen begränsas till cirka 315 grader.
