Анализ на якостта на опън и границата на провлачване в титанови сплави - Новини

При изборатитанови сплави, първо определете допустимото напрежение въз основа на границата на провлачване, след това проверете якостта на счупване и устойчивостта на повреда, като използвате якост на опън и удължение; и двете стъпки са съществени. Якостта на опън представлява максималното натоварване, на което материалът може да издържи, преди да се скъса-отразявайки крайния му товар-носеща способност и-потенциал за поглъщане на енергия преди повреда.
Границата на провлачване представлява прага, отвъд който деформацията става постоянна-отразявайки способността на материала да поддържа формата и точността на размерите си и служи като истинска базова линия за допустимото напрежение в структурния дизайн.

1. Какво е якост на опън (Rm / σb)?
Определение: Максималното напрежение, което материалът може да издържи преди счупване по време на изпитване на опън, измерено в MPa. Той представлява крайната способност на материала да издържа на натоварване.
Инженерно значение:
Якостта на опън съответства на пиковата точка на кривата на напрежение-деформация. Отвъд тази точка материалът започва да претърпява локализирано образуване на шийка и ефективната площ-поемаща натоварване бързо намалява, докато се получи счупване.
Той определя „крайната граница на безопасност“ на компонента-дори ако локализираното претоварване причини провлачване на материала, стига якостта на опън да не бъде превишена, материалът запазва способността да абсорбира енергия чрез пластична деформация (фактор от решаващо значение за повреда-на дизайна на толерантност в структурните компоненти на космическата промишленост).
В производството на титанови сплави степените на якост, посочени в офертите и техническите споразумения-като Rm по-голямо или равно на 400 MPa за степен 2 (GR2) и Rm по-голямо или равно на 895 MPa за степен 5 (GR5) (отгрята пръти)-се отнасят конкретно за този параметър.

II. Какво е граница на провлачване (Rp0,2 / σs или σ0,2)?
Определение: Нивото на напрежение, при което даден материал започва да претърпява значителна пластична деформация (необратима, постоянна деформация). Тъй като повечето титанови сплави не проявяват ясно изразено плато на провлачване, инженерната практика обикновено използва „якостта на провлачване на пластично удължаване (Rp0,2)“-дефинирана като напрежение, предизвикващо 0,2% постоянна пластична деформация-като граница на провлачване.
Инженерно значение:
Под границата на провлачване частта се връща в първоначалната си форма след отстраняване на натоварването (диапазон на еластична деформация); след като границата на провлачване бъде превишена, частта претърпява трайна деформация и не се връща в първоначалното си състояние.
За по-голямата част от структурните компоненти границата на провлачване служи като истински еталон за проектиране. При анализа на напрежението допустимото напрежение обикновено се изчислява чрез разделяне на границата на провлачване на коефициент на безопасност (обикновено 1,15–1,5 за авиационни компоненти и 1,5 за граждански съдове под налягане).
Пример: Граница на провлачване на закален титан клас 5 (Ti-6Al-4V) е приблизително 825 MPa, докато неговата якост на опън варира от около 895 до 1030 MPa. Ако използвате цифрата от 895 MPa във вашите проектни изчисления, вие третирате крайната якост като допустимо напрежение - критична грешка.
Често срещана точка на объркване: титановите сплави са материали с „висока специфична якост“-тяхното съотношение на провлачване-якост-към-плътност е сред най-високите от всички структурни метали. Когато се изчислява теглото по време на избора на материал, границата на провлачване е стойността, която трябва да се използва в числителя.

Фактори, влияещи върху якостта на опън и границата на провлачване на титанови сплави
Въз основа на 15-годишен опит забелязах, че основните фактори, влияещи върху тези два показателя, са:

Състав на сплавта

Al, O, N и C увеличават якостта, но намаляват пластичността;

V, Mo, Nb, Cr и Fe стабилизират фазата и влияят на укрепването чрез топлинна обработка;

H (водород) има тенденция да причинява водородна крехкост; въпреки че не се отразява директно в стойностите на якост на опън, той представлява сериозен риск.

Примесни елементи

Силата е силно чувствителна към съдържанието на кислород; високите нива на кислород увеличават здравината, но намаляват пластичността и издръжливостта;

Азотът и въглеродът също осигуряват укрепващи ефекти, но прекомерните количества водят до крехкост.

Микроструктура

Равноосна микроструктура: добра пластичност и относително добра устойчивост на умора;

Ламеларна микроструктура: добра якост на счупване, но малко по-ниска пластичност;

Бимодална (дуплексна) микроструктура: Добра обща производителност;

-фазовата фракция, -размерът на фазата и кристалографската текстура влияят върху провлачването и якостта на опън.

Термична обработка

Отгряване: умерена якост и добра пластичност;

Третиране на разтвора и стареене: Утаява фина -фаза, като значително увеличава провлачването и якостта на опън;

-отгряване: Добра издръжливост, въпреки че якостта може да намалее;

Отгряване-за освобождаване на напрежението: Влияе на остатъчното напрежение и стабилността на размерите.

Технология на обработка

Линиите на изковаване, посоката на валцуване и текстурата предизвикват анизотропия;

Свойствата варират между надлъжни, напречни и посоки на дебелина;

Втвърдяването при студена работа увеличава якостта, но намалява пластичността.

температура

Повишаването на температурите води до намаляване както на якостта на опън, така и на границата на провлачване;

Дългосрочната-експлоатационна температура за титанови сплави обикновено е ограничена (напр. GR5 обикновено се ограничава до под 350 градуса за дългосрочна-използване);

Якостта се увеличава при ниски температури, но пластичността и якостта могат да намалеят.

Образци и тестване

Използването на екстензометър значително влияе върху измерванията на границата на провлачване;

Подравняването на образеца (коаксиалност), грапавостта на повърхността, скоростта на деформация и мястото на вземане на проби влияят върху резултатите;

Титановите сплави не показват ясно изразена граница на провлачване; измерването на Rp0.2 без екстензометър дава изключително неточни резултати.

10mm Titanium Rods best 6242 Titanium Rods manufacturers