1. ความต้านทานการคืบของโลหะผสมไทเทเนียมภายใต้อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง
1.1 กลไกต้านทานการคืบคลาน
สร้างสารละลายของแข็งที่มีความเสถียรเพื่อเพิ่มความบิดเบี้ยวของโครงตาข่ายของไททาเนียมเมทริกซ์ ซึ่งขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่
ตกตะกอนสารประกอบระหว่างโลหะที่ละเอียดและกระจัดกระจาย (เช่น Ti3Al, TiAl) หรือสารประกอบโลหะ ซึ่งทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการเคลื่อนตัวและการไต่ระดับ
ปรับแต่งขนาดเกรนของโลหะผสม ลดความเสี่ยงของการเลื่อนขอบเขตเกรนและเพิ่มความแข็งแรงของการคืบ
1.2 ประสิทธิภาพการคืบของโลหะผสมไทเทเนียมทั่วไปภายใต้ HTHP
ไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ (เกรด 1–4)
CP-Ti มีความต้านทานการคืบค่อนข้างต่ำ ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ-และความเครียดต่ำ-เท่านั้น (โดยปกติจะต่ำกว่า 300 องศา ) เมื่ออุณหภูมิสูงเกิน 300 องศาและความดันเพิ่มขึ้น อัตราการคืบของมันจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว และการเสียรูปพลาสติกที่ชัดเจนจะเกิดขึ้นภายใต้-ความเครียดในระยะยาว ทำให้ไม่สามารถใช้ได้กับส่วนประกอบโครงสร้าง HTHP
-ประเภทโลหะผสมไทเทเนียม (เช่น Ti-5Al-2.5Sn)
โลหะผสมประเภทนี้มีความเสถียรต่ออุณหภูมิสูง-ดีและต้านทานการคืบคลาน และสามารถทำงานได้อย่างเสถียรที่อุณหภูมิสูงถึง 450–500 องศาภายใต้แรงดันสูง ตัวอย่างเช่น Ti-5Al-2.5Sn ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในจานคอมเพรสเซอร์และใบพัดของเครื่องยนต์อากาศยาน ภายใต้การกระทำที่รวมกันระหว่างอุณหภูมิสูง (450 องศา) และแรงดันสูง (10–20 MPa) การยืดตัวของการคืบจะน้อยกว่า 1% หลังจากใช้งานไปแล้ว 1,000 ชั่วโมง ซึ่งแสดงถึงความเสถียรของขนาดที่ดีเยี่ยม
+ -ประเภทโลหะผสมไทเทเนียม (เช่น Ti-6Al-4V)
เนื่องจากเป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย Ti-6Al-4V จึงมีการผสมผสานที่สมดุลระหว่างความแข็งแกร่ง ความเหนียว และความต้านทานการคืบ สามารถรักษาประสิทธิภาพการคืบที่ดีที่อุณหภูมิสูงถึง 400 องศาและแรงดันสูง ในอุปกรณ์ขุดเจาะบ่อน้ำมันและก๊าซ (สภาพหลุม HTHP: อุณหภูมิ 350 องศา ความดัน 150 MPa) ส่วนประกอบ Ti-6Al-4V มีอัตราการคืบคลานน้อยกว่า 1×10⁻⁸ s⁻¹ ซึ่งตรงตามข้อกำหนดของการบริการระยะยาว
-ประเภทโลหะผสมไทเทเนียม (เช่น Ti-10V-2Fe-3Al)
โลหะผสมประเภทนี้มีความต้านทานการคืบคลานสูงที่อุณหภูมิปานกลาง (300–400 องศา ) และเหมาะสำหรับส่วนประกอบ HTHP ที่ต้องการความแข็งแรงและความต้านทานความเมื่อยล้าสูง เช่น อุปกรณ์ลงจอดของเครื่องบินและชิ้นส่วนภาชนะรับความดันสูง- ความต้านทานการคืบของมันจะสูงกว่า CP-Ti อย่างมาก และสามารถต้านทานการเสียรูปภายใต้การกระทำร่วมกันของแรงดันสูงและความเค้นแบบวงจร
1.3 ข้อจำกัดของการต้านทานการคืบคลาน
2. ประสิทธิภาพการปิดผนึกของโลหะผสมไทเทเนียมภายใต้อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง
2.1 กลไกการปิดผนึกของโลหะผสมไทเทเนียม
การปิดผนึกการเปลี่ยนรูป
โลหะผสมไทเทเนียมมีความเป็นพลาสติกและความเหนียวที่ดี ภายใต้แรงเค้นก่อน-ที่ตึงตัว พื้นผิวการปิดผนึกของส่วนประกอบไทเทเนียมจะทำให้เกิด-การเสียรูปพลาสติกแบบยืดหยุ่น เติมเต็มช่องว่างขนาดเล็ก-บนพื้นผิวผสมพันธุ์และปิดกั้นช่องรั่วไหลของของเหลว การเสียรูปนี้มีความเสถียรและไม่ง่ายที่จะเด้งกลับภายใต้สภาวะ HTHP ทำให้มั่นใจได้ถึงการปิดผนึกในระยะยาว-
การปิดผนึกอินเทอร์เฟซ
เมื่อรวมกับวัสดุปิดผนึก (เช่น กราไฟท์, PTFE) โลหะผสมไททาเนียมจะสามารถสร้างส่วนต่อประสานที่แน่นหนาได้ โลหะผสมไททาเนียมที่มีความแข็งแรงสูงสามารถรับแรงขันก่อน-ที่จำเป็นสำหรับการซีลโดยไม่เสียรูป ในขณะที่ความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมสามารถป้องกันไม่ให้ส่วนต่อประสานสึกกร่อนและเสียหายได้ โดยรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างการซีล
2.2 ประสิทธิภาพการปิดผนึกของโลหะผสมไทเทเนียมในสถานการณ์ HTHP
ถังและวาล์วแรงดันสูง-
ส่วนประกอบการซีลโลหะผสมไททาเนียม (เช่น บ่าวาล์ว ปะเก็น) สามารถรักษาประสิทธิภาพการซีลที่เชื่อถือได้ภายใต้แรงดันสูงพิเศษ- (สูงถึง 200 MPa) และอุณหภูมิปานกลาง ( น้อยกว่าหรือเท่ากับ 400 องศา ) ตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี วาล์วโลหะผสมไททาเนียมที่ใช้ในการขนส่งสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (เช่น กรดซัลฟิวริกเข้มข้น น้ำทะเล) สามารถบรรลุการรั่วไหลเป็นศูนย์ภายใต้สภาวะ 350 องศาและ 150 MPa ซึ่งดีกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนและสแตนเลสมาก
ระบบขับเคลื่อนการบินและอวกาศ
ในท่อส่งเชื้อเพลิงเหลวของเครื่องยนต์จรวดและซีลห้องเผาไหม้ วงแหวนซีลโลหะผสมไทเทเนียมสามารถต้านทานสภาพแวดล้อม HTHP (อุณหภูมิ 400–500 องศา ความดัน 30–50 MPa) ที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำช่วยให้มั่นใจได้ว่าระยะการซีลจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามความผันผวนของอุณหภูมิ หลีกเลี่ยงการรั่วไหลที่เกิดจากการเสียรูปจากความร้อน
ข้อจำกัดของประสิทธิภาพการซีล
ที่อุณหภูมิสูงกว่า 450 องศา ความเป็นพลาสติกของโลหะผสมไททาเนียมจะลดลง และความยืดหยุ่น-ความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกที่จำเป็นสำหรับการปิดผนึกจะลดลง ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวในการปิดผนึก นอกจากนี้ หากการตกแต่งพื้นผิวของส่วนประกอบการซีลไทเทเนียมไม่เพียงพอ ช่องว่างขนาดเล็ก-จะก่อตัวขึ้น และประสิทธิภาพการซีลจะได้รับผลกระทบภายใต้แรงดันสูง ดังนั้น พื้นผิวการซีลของส่วนประกอบไทเทเนียมมักจะต้องใช้เครื่องจักรที่มีความแม่นยำ (เช่น การเจียร การขัดเงา) เพื่อลดความหยาบของพื้นผิวให้ Ra น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.8 μm
3. ปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความต้านทานการคืบและประสิทธิภาพการซีล
เกรดโลหะผสม: โลหะผสมไทเทเนียมอัลลอยด์มีประสิทธิภาพการคืบและการปิดผนึกที่ดีกว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ในสภาพแวดล้อม HTHP
กระบวนการบำบัดความร้อน: การบำบัดด้วยสารละลายและการบำบัดความชราสามารถปรับโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมไทเทเนียมให้เหมาะสม ปรับปรุงความแข็งแรงของการคืบ และเพิ่มความเสถียรของการปิดผนึกที่เสียรูป
สภาพแวดล้อมการบริการ: สารกัดกร่อน การหมุนเวียนของอุณหภูมิ และความเครียดแบบวนจะลดความต้านทานการคืบและอายุการปิดผนึกของโลหะผสมไทเทเนียม
คุณภาพการประมวลผลส่วนประกอบ: การใช้เครื่องจักรอย่างแม่นยำและการปรับสภาพพื้นผิวสามารถปรับปรุงผิวสำเร็จของส่วนประกอบไทเทเนียม ซึ่งจำเป็นต่อการรับรองประสิทธิภาพการซีล
