Analýza pevnosti v ťahu a medze klzu v zliatinách titánu - Novinky

Pri výberezliatiny titánu, najprv určiť prípustné napätie na základe medze klzu, potom overiť lomovú húževnatosť a toleranciu poškodenia pomocou pevnosti v ťahu a predĺženia; oba kroky sú nevyhnutné. Pevnosť v ťahu predstavuje maximálne zaťaženie, ktoré materiál dokáže vydržať pred roztrhnutím-odráža jeho maximálnu nosnosť-únosnú kapacitu a potenciál absorpcie energie-pred zlyhaním.
Medza klzu predstavuje prah, po prekročení ktorého sa deformácia stáva trvalou-odráža schopnosť materiálu zachovať si tvarovú a rozmerovú presnosť a slúži ako skutočná základná línia pre prípustné napätie v konštrukčnom návrhu.

1. Čo je pevnosť v ťahu (Rm / σb)?
Definícia: Maximálne napätie, ktoré môže materiál vydržať pred pretrhnutím počas skúšky ťahom, merané v MPa. Predstavuje maximálnu schopnosť materiálu odolávať zaťaženiu.
Technický význam:
Pevnosť v ťahu zodpovedá najvyššiemu bodu na krivke napätia-deformácie. Za týmto bodom materiál začína podliehať lokalizovanému zužovaniu a účinná oblasť-nosenia záťaže sa rýchlo zmenšuje, až kým nedôjde k prasknutiu.
Určuje „konečnú bezpečnostnú rezervu“ komponentu-aj keď lokálne preťaženie spôsobí poddajnosť materiálu, pokiaľ nie je prekročená pevnosť v ťahu, materiál si zachováva schopnosť absorbovať energiu prostredníctvom plastickej deformácie (faktor rozhodujúci pre návrh tolerancie poškodenia-v leteckých konštrukčných komponentoch).
V priemysle titánových zliatin sa stupne pevnosti špecifikované v cenových ponukách a technických dohodách-ako Rm Väčšie alebo rovné 400 MPa pre Stupeň 2 (GR2) a Rm Väčšie alebo rovné 895 MPa pre Stupeň 5 (GR5) (žíhaná tyč)- konkrétne odkazujú na tento parameter.

II. Čo je medza klzu (Rp0,2 / σs alebo σ0,2)?
Definícia: Úroveň napätia, pri ktorej materiál začína podliehať výraznej plastickej deformácii (nevratná, trvalá deformácia). Keďže väčšina titánových zliatin nevykazuje zreteľné plató, v technickej praxi sa ako medza klzu zvyčajne používa „medza klzu“ -definovaná ako napätie spôsobujúce 0,2 % trvalú plastickú deformáciu-.
Technický význam:
Pod medzou klzu sa diel po odstránení zaťaženia vráti do pôvodného tvaru (rozsah elastickej deformácie); akonáhle je medza klzu prekročená, dielec podlieha trvalej deformácii a nevracia sa do pôvodného stavu.
Pre veľkú väčšinu konštrukčných komponentov slúži medza klzu ako skutočné konštrukčné kritérium. Pri analýze napätia sa prípustné napätie vo všeobecnosti vypočítava vydelením medze klzu bezpečnostným faktorom (zvyčajne 1,15–1,5 pre letecké komponenty a 1,5 pre civilné tlakové nádoby).
Príklad: Medza klzu žíhaného titánu triedy 5 (Ti-6Al-4V) je približne 825 MPa, pričom jeho pevnosť v ťahu sa pohybuje od približne 895 do 1030 MPa. Ak vo svojich návrhových výpočtoch použijete hodnotu 895 MPa, medznú pevnosť považujete za prípustné napätie – kritickú chybu.
Bežný problém: Zliatiny titánu sú materiály s „vysokou špecifickou pevnosťou“-ich pomer výťažnosti-pevnosti-k-hustote patrí medzi najvyššie zo všetkých konštrukčných kovov. Pri výpočte hmotnosti pri výbere materiálu je medza klzu hodnotou, ktorá by sa mala použiť v čitateli.

Faktory ovplyvňujúce pevnosť v ťahu a medzu klzu zliatin titánu
Na základe 15-ročných skúseností som zistil, že hlavné faktory ovplyvňujúce tieto dve metriky sú:

Zloženie zliatiny

Al, O, N a C zvyšujú pevnosť, ale znižujú ťažnosť;

V, Mo, Nb, Cr a Fe stabilizujú fázu a ovplyvňujú spevnenie tepelným spracovaním;

H (Hydrogen) má tendenciu spôsobovať vodíkové krehnutie; hoci sa to priamo neodráža v hodnotách pevnosti v ťahu, predstavuje vážne riziko.

Prvky nečistôt

Pevnosť je vysoko citlivá na obsah kyslíka; vysoké hladiny kyslíka zvyšujú pevnosť, ale znižujú ťažnosť a húževnatosť;

Dusík a uhlík tiež poskytujú posilňujúce účinky, ale nadmerné množstvo vedie k krehkosti.

Mikroštruktúra

Rovnoosová mikroštruktúra: Dobrá ťažnosť a relatívne dobrý únavový výkon;

Lamelárna mikroštruktúra: Dobrá lomová húževnatosť, ale mierne nižšia ťažnosť;

Bimodálna (duplexná) mikroštruktúra: Dobrý celkový výkon;

-fázová frakcia, -veľkosť fázy a kryštalografická štruktúra ovplyvňujú medzu klzu a pevnosť v ťahu.

Tepelné spracovanie

Žíhanie: Stredná pevnosť a dobrá ťažnosť;

Ošetrenie roztoku a starnutie: Zráža jemnú -fázu, čím výrazne zvyšuje medzu klzu a pevnosti v ťahu;

-žíhanie: Dobrá húževnatosť, hoci pevnosť môže klesať;

Žíhanie-na odstránenie napätia: Ovplyvňuje zvyškové napätie a rozmerovú stabilitu.

Technológia spracovania

Línie toku kovania, smer valcovania a textúra vyvolávajú anizotropiu;

Vlastnosti sa líšia medzi pozdĺžnym, priečnym a hrúbkovým smerom;

Kalenie za studena zvyšuje pevnosť, ale znižuje ťažnosť.

Teplota

Rastúce teploty vedú k zníženiu pevnosti v ťahu a pevnosti;

Dlhodobá{0} prevádzková teplota pre titánové zliatiny je vo všeobecnosti obmedzená (napr. GR5 je zvyčajne obmedzená na menej ako 350 stupňov pre dlhodobé-používanie);

Pevnosť sa zvyšuje pri nízkych teplotách, ale ťažnosť a húževnatosť sa môžu znižovať.

Vzorky a testovanie

Použitie extenzometra výrazne ovplyvňuje merania medze klzu;

Zarovnanie vzorky (koaxiálnosť), drsnosť povrchu, rýchlosť deformácie a umiestnenie vzorky ovplyvňujú výsledky;

Zliatiny titánu nevykazujú zreteľnú medzu klzu; meranie Rp0,2 bez extenzometra poskytuje veľmi nepresné výsledky.

10mm Titanium Rods best 6242 Titanium Rods manufacturers