Kandungan Oksigen Maksimum Yang Dibenarkan- GR.5 Ti

1. Kandungan Oksigen Maksimum Yang Dibenarkan dalam Aloi Titanium GR.5

Untuk aloi titanium Ti-6Al-4V (Gred 5, GR.5), kandungan oksigen maksimum yang dibenarkan dikawal dengan ketat oleh piawaian antarabangsa untuk memastikan prestasi mekanikal dan kakisan.

Mengikut piawaian industri utama (cth,ASTM B348untuk palang/batang,ASTM B265untuk helaian/pinggan,ASTM B861untuk tiub lancar, danAMS 4928untuk bahan gred-aeroangkasa), thekandungan oksigen maksimum ialah 0.20% berat(peratus berat) untuk kebanyakan aplikasi komersial dan aeroangkasa GR.5.

Oksigen ialah unsur pengaloian interstisial dalam titanium yang bertindak sebagai pengukuh larutan pepejal, meningkatkan kekuatan tegangan dan kekerasan. Walau bagaimanapun, melebihi had 0.20% berat membawa kepada pengurangan ketara dalam kemuluran, keliatan patah dan rintangan lesu, menjadikan aloi terdedah kepada patah rapuh di bawah beban dinamik atau kitaran. Untuk komponen aeroangkasa berprestasi ultra-tinggi-(cth, cakera enjin atau gear pendaratan), sesetengah piawaian khusus mungkin mengenakan had yang lebih ketat (cth, 0.18 wt% oksigen) untuk mengimbangi kekuatan dan keliatan.

2. Kekotoran yang Menjejaskan Kestabilan Kimia Aloi Titanium GR.5

Kestabilan kimia GR.5 merujuk kepada ketahanannya terhadap kakisan, pengoksidaan dan kemerosotan kimia dalam persekitaran perkhidmatan (cth, marin, kimia, cecair badan atau atmosfera bersuhu-tinggi). Beberapa kekotoran boleh menjejaskan kestabilan ini, dengan kesannya berbeza-beza berdasarkan kepekatan dan keadaan perkhidmatan:

Besi (Fe)

Fe ialah kekotoran biasa dalam GR.5, dengan had maksimum standard 0.30% berat (setiap ASTM B348). Pada kepekatan di atas ambang ini, Fe mengasingkan pada sempadan / fasa, membentuk fasa antara logam rapuh (cth, TiFe). Fasa-fasa ini bertindak sebagai tapak permulaan kakisan, mengurangkan rintangan terhadap kakisan pitting dalam-persekitaran yang mengandungi klorida (cth, air laut atau atmosfera pantai). Fe yang berlebihan juga merendahkan rintangan aloi terhadap retakan kakisan tegasan (SCC) dalam media berasid atau{11}}sarat.

Karbon (C)

Kandungan karbon maksimum yang dibenarkan dalam GR.5 ialah 0.08 wt% (standard ASTM). Tahap karbon yang tinggi membentuk mendakan titanium karbida (TiC) yang keras dan rapuh, yang mengganggu seragam + struktur mikro. Zarah TiC bertindak sebagai tapak nukleasi retakan mikro dan mengurangkan keupayaan aloi untuk pasif dalam persekitaran yang menghakis, melemahkan ketahanannya terhadap kakisan umum dan setempat. Dalam-aplikasi suhu tinggi (melebihi 300 darjah /572 darjah F), karbon berlebihan mempercepatkan pengoksidaan dengan menggalakkan pembentukan lapisan oksida bukan-pelindung.

Nitrogen (N)

Nitrogen dihadkan kepada maksimum 0.05% berat dalam GR.5. Seperti oksigen, nitrogen adalah pengukuh interstisial, tetapi nitrogen berlebihan membentuk titanium nitrida (TiN) memendakan. TiN sangat rapuh dan mengurangkan kemuluran aloi, di samping menjejaskan integriti filem TiO₂ pasif yang menyediakan perlindungan kakisan. Dalam aplikasi bioperubatan (cth, implan ortopedik), kekotoran nitrogen boleh menjejaskan biokompatibiliti dengan mendorong keradangan setempat dan mengurangkan rintangan kakisan dalam cecair badan (cth, cecair badan simulasi, SBF).

Hidrogen (H)

Hidrogen mempunyai had paling ketat dalam GR.5, biasanya dihadkan pada 0.015 wt% (150 ppm) untuk kebanyakan gred. Malah jumlah surih hidrogen boleh menyebabkanpemusnahan hidrogen (HE)dalam aloi titanium. Hidrogen meresap ke dalam kekisi dan membentuk fasa hidrida rapuh (cth, TiH₂) di sepanjang sempadan butiran atau antara muka fasa. Hidrida ini secara drastik mengurangkan kemuluran dan keliatan, dan di bawah beban tegangan atau kitaran, ia mencetuskan patah pramatang. Dalam persekitaran pemprosesan kimia (cth, larutan berasid atau gas kaya-hidrogen), pengambilan hidrogen dipercepatkan, seterusnya menjejaskan kestabilan kimia dan mekanikal.

Silikon (Si)

Silikon ialah kekotoran surih dengan had maksimum 0.10% berat dalam GR.5. Walaupun sejumlah kecil Si boleh meningkatkan-tentangan pengoksidaan suhu tinggi dengan menstabilkan lapisan oksida, Si yang berlebihan membentuk mendakan silisid (cth, Ti₅Si₃). Mendakan ini merendahkan rintangan kakisan dalam media beralkali atau pengoksidaan dan mengurangkan hayat kelesuan aloi dalam persekitaran yang menghakis. Dalam komponen enjin aeroangkasa yang beroperasi pada suhu tinggi, Si yang berlebihan boleh menyebabkan pengoksidaan dan penskalaan pramatang.