سلوك الأكسدة لسبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة العالية
نظرًا لأن محركات الطائرات تعمل في درجات حرارة عالية، فإن مكونات سبائك التيتانيوم ذات درجات الحرارة المرتفعة ستقاوم التآكل الناتج عن الأكسدة. يتم أيضًا تقييد الخواص الميكانيكية لدرجات الحرارة العالية لسبائك التيتانيوم من خلال قدرتها على مقاومة التآكل الناتج عن الأكسدة. ستشكل أكسدة سبائك التيتانيوم طبقة أكسيد على السطح، والتي تعزل الجزء الداخلي من المعدن عن البيئة الخارجية. الخصائص مستقرة نسبيًا ولن تتأكسد بشكل أكبر. ومع ذلك، مع ارتفاع درجة الحرارة، يتقشر طبقة الأكسيد السطحي بشكل دوري. عندما يتم استخدام سبائك التيتانيوم في درجات حرارة عالية، سيتم تقليل خواصها الميكانيكية عند درجات الحرارة العالية بسبب تأثيرات الأكسدة والتآكل.
تمت دراسة سلوك الأكسدة لسبائك التيتانيوم ذات الحرارة العالية باستخدام درجات حرارة تتراوح بين 500 درجة و 750 درجة. لقد تبين أن درجة الحرارة لها تأثير كبير على معدل أكسدة سبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة العالية. في المراحل الأولى من الأكسدة تتغير زيادة وزن الأكسدة خطيا، ومع زيادة طبقة الأكسيد، ينخفض معدل التفاعل الكيميائي، ويزداد الوزن على شكل قطع مكافئ، ويتكون فيلم الأكسيد من Al2O3 بالإضافة إلى TiO2. تسنغ شانغوو وآخرون. درس سلوك الأكسدة عند درجة الحرارة العالية لسبائك التيتانيوم TC4. وجدت الدراسة أن TC4 يمكن أن يبقى سليماً أثناء الأكسدة الدورية في طبقة الأكسيد عند درجة حرارة 650 درجة، لكنه قد يتشقق ويتقشر عند درجات حرارة أعلى.
يوجد حاليًا العديد من الطرق لتحسين مقاومة الأكسدة لسبائك التيتانيوم ذات درجات الحرارة العالية، مثل إضافة عناصر صناعة السبائك الأخرى إلى التيتانيوم النقي لصنع مجموعة متنوعة من سبائك التيتانيوم الجديدة. إذا تمت إضافة الألومنيوم، يتم تشكيل طبقة أكسيد كثيفة لحماية سبائك التيتانيوم من التآكل التأكسدي، وبالتالي تحسين مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية لسبائك التيتانيوم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يشكل السيليكون والكروم أيضًا أفلام أكسيد. ومع ذلك، فإن السبائك المفرطة سوف تؤثر أيضًا على الخصائص الفيزيائية للمادة. أثناء تحسين مقاومة الأكسدة لسبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة العالية، قد تتأثر أيضًا الخواص الميكانيكية الأخرى لسبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة العالية، مما يجعلها غير قابلة للاستخدام بشكل جيد في محركات الطيران. ولذلك، فإن كيفية إضافة عناصر صناعة السبائك بشكل معقول لا تزال تتطلب البحث المستمر.
هناك طريقة أخرى وهي ملء سطح سبائك التيتانيوم بمواد مقاومة للأكسدة عند درجات الحرارة العالية. على سبيل المثال، يمكن للألمنيوم لسطح سبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة العالية TC4 أن يحسن بشكل كبير من مقاومتها للأكسدة عند درجة الحرارة العالية. بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا طرق مثل الأكسدة المسبقة. يمكن أن يحسن قدرة مضادات الأكسدة. ومع ذلك، فإن كل طريقة لها حاليًا قيود معينة، ويجب استخدام مجموعة متنوعة من تدابير مكافحة الأكسدة بشكل شامل لضمان الخواص الميكانيكية ذات درجة الحرارة العالية لسبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة العالية.
خصائص التعب لسبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة العالية
في محركات الطائرات، تتعرض الهياكل أو الأجزاء بشكل أساسي لأحمال متناوبة، ويكون فشل الكلال هو وضع الفشل الرئيسي. تشانغ ياجوان وآخرون. إجراء تجارب لدراسة خصائص نمو شق الكلال لسبائك التيتانيوم Ti-6Al-4V. أظهر البحث أنه مع زيادة نسبة الإجهاد، ستنخفض عتبة نمو صدع التعب، وعندما يكون عامل شدة الإجهاد ثابتًا، يرتبط معدل نمو الشقوق بنسبة الإجهاد. إلى علاقة إيجابية. يظهر منحنى التعب SN عند نقطة انعطاف حوالي 107 مرات. تبدأ الشقوق على السطح أو تحت السطح. وفي الوقت نفسه، فإن ارتفاع درجة الحرارة سوف يعزز توسع الشقوق.
يحدث فشل الكلال لسبائك التيتانيوم من وقت لآخر، ويجب اتخاذ بعض التدابير المضادة للتعب لتحسين خصائص الكلال. تعد تقنية الطحن بالطلقات حاليًا طريقة مستخدمة على نطاق واسع لتحسين أداء الكلال للأجزاء. مبدأ هذه الطريقة هو بشكل أساسي تكوين ضغط ضاغط متبقي على سطح العينة لتعويض تأثير الحمل الخارجي جزئيًا، وبالتالي تحسين أداء الكلال للجزء. تظهر الأبحاث أن حد الكلال للمواد التي يتم معالجتها عن طريق الصقل بالخردق يمكن زيادته بأكثر من 34%، كما أن الصقل بالطلقات له تأثير كبير جدًا على تحسين أداء الكلال. بالإضافة إلى التقشر بالخردق، يعد تقوية البثق وزرع الأيونات أيضًا من الطرق لتحسين خصائص الكلال لسبائك التيتانيوم.
خصائص الزحف لسبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة العالية
نظرًا لأن المكونات الموجودة في محركات الطائرات تعمل في درجات حرارة عالية، فإن الزحف له تأثير كبير على عمر الخدمة وأداء السلامة لمحركات الطائرات. يشير الزحف عادةً إلى تشوه المواد البطيء وغير القابل للاسترداد تحت درجة حرارة عالية وحمل مستمر.
أظهرت نتائج البحث أن الانزلاق والتسلق يلعبان دورًا مهمًا في عملية تشوه الزحف لسبيكة TA15 ضمن نطاق درجة حرارة وإجهاد معين، ويلعب تسلق الخلع دورًا رئيسيًا فوق 550 درجة. يلعب الإجهاد والوقت ودرجة الحرارة وعناصر السبائك والبنية المجهرية وما إلى ذلك دورًا معينًا في سلوك الزحف لسبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة العالية. أظهرت نتائج البحث أنه مع زيادة إجهاد الاختبار، يصبح الوقت اللازم لعملية الزحف للوصول إلى حالة الاستقرار أقصر، ويصبح معدل الزحف أسرع في الحالة المستقرة. يجب إجراء الأبحاث حول الزحف جنبًا إلى جنب مع تفاعل إجهاد الزحف، لأن فشل المكونات في المحركات غالبًا ما يحدث تحت التأثير المشترك للاثنين.
