ปริมาณออกซิเจนสูงสุดที่อนุญาต- GR.5 Ti

1. ปริมาณออกซิเจนสูงสุดที่อนุญาตในโลหะผสมไทเทเนียม GR.5

สำหรับโลหะผสมไททาเนียม Ti-6Al-4V (เกรด 5, GR.5) ปริมาณออกซิเจนสูงสุดที่อนุญาตได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดตามมาตรฐานสากลเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพทางกลและการกัดกร่อน

ตามมาตรฐานอุตสาหกรรมที่สำคัญ (เช่นมาตรฐาน ASTM B348สำหรับแท่ง/แท่งมาตรฐาน ASTM B265สำหรับแผ่น/แผ่นASTM ข861สำหรับท่อไร้ตะเข็บ และอมส 4928สำหรับวัสดุเกรดการบินและอวกาศ-)ปริมาณออกซิเจนสูงสุดคือ 0.20 wt%(เปอร์เซ็นต์น้ำหนัก) สำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์และการบินและอวกาศส่วนใหญ่ของ GR.5

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบโลหะผสมในไทเทเนียมที่ทำหน้าที่เป็นตัวเสริมความแข็งแรงให้กับสารละลายของแข็ง ช่วยเพิ่มความต้านทานแรงดึงและความแข็ง อย่างไรก็ตาม การเกินขีดจำกัด 0.20% โดยน้ำหนักจะทำให้ความเหนียว ความเหนียวแตกหัก และความต้านทานต่อความล้าลดลงอย่างมาก ทำให้โลหะผสมมีแนวโน้มที่จะแตกหักง่ายภายใต้โหลดแบบไดนามิกหรือแบบเป็นรอบ สำหรับส่วนประกอบการบินและอวกาศที่มีสมรรถนะสูง-สูง-เป็นพิเศษ (เช่น จานเครื่องยนต์หรือล้อลงจอด) มาตรฐานพิเศษบางอย่างอาจกำหนดขีดจำกัดที่เข้มงวดมากขึ้น (เช่น ออกซิเจน 0.18% โดยน้ำหนัก) เพื่อสร้างสมดุลระหว่างความแข็งแรงและความทนทาน

2. สิ่งเจือปนที่ส่งผลต่อความเสถียรทางเคมีของโลหะผสมไทเทเนียม GR.5

ความเสถียรทางเคมีของ GR.5 หมายถึงความต้านทานต่อการกัดกร่อน ออกซิเดชัน และการเสื่อมสภาพทางเคมีในสภาพแวดล้อมการบริการ (เช่น ในทะเล สารเคมี ของเหลวในร่างกาย หรือบรรยากาศที่มีอุณหภูมิสูง-) สิ่งเจือปนหลายชนิดอาจทำให้เสถียรภาพนี้ลดลง โดยผลกระทบจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและเงื่อนไขการบริการ:

เหล็ก (เฟ)

Fe คือสิ่งเจือปนทั่วไปใน GR.5 โดยมีขีดจำกัดสูงสุดมาตรฐานที่ 0.30% โดยน้ำหนัก (ต่อ ASTM B348) ที่ความเข้มข้นที่สูงกว่าเกณฑ์นี้ Fe จะแยกตัวที่ขอบเขต / ทำให้เกิดเฟสอินเตอร์เมทัลลิกที่เปราะ (เช่น TiFe) ระยะเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มการกัดกร่อน ซึ่งช่วยลดความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์- (เช่น น้ำทะเลหรือบรรยากาศชายฝั่ง) นอกจากนี้ Fe ส่วนเกินยังลดความต้านทานของโลหะผสมต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC) ในสื่อที่เป็นกรดหรือเกลือ-ที่รับภาระ

คาร์บอน (ซี)

ปริมาณคาร์บอนสูงสุดที่อนุญาตใน GR.5 คือ 0.08 wt% (มาตรฐาน ASTM) ระดับคาร์บอนที่สูงขึ้นจะเกิดการตกตะกอนของไททาเนียมคาร์ไบด์ (TiC) ที่แข็งและเปราะ ซึ่งไปรบกวนโครงสร้าง + โครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอ อนุภาค TiC ทำหน้าที่เป็นจุดเกิดนิวเคลียสรอยแตกขนาดเล็ก และลดความสามารถของโลหะผสมในการซึมผ่านในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ทำให้ความต้านทานต่อการกัดกร่อนทั่วไปและการกัดกร่อนเฉพาะจุดลดลง ในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง- (สูงกว่า 300 องศา /572 องศา F) คาร์บอนส่วนเกินจะเร่งการเกิดออกซิเดชันโดยส่งเสริมการก่อตัวของชั้นออกไซด์ที่ไม่-ป้องกัน

ไนโตรเจน (N)

ไนโตรเจนถูกจำกัดไว้ที่สูงสุด 0.05 % โดยน้ำหนักใน GR.5 เช่นเดียวกับออกซิเจน ไนโตรเจนเป็นตัวเสริมความแข็งแรงของคั่นระหว่างหน้า แต่ไนโตรเจนที่มากเกินไปจะทำให้เกิดการตกตะกอนของไทเทเนียมไนไตรด์ (TiN) TiN มีความเปราะสูงและลดความเหนียวของโลหะผสม ขณะเดียวกันก็บั่นทอนความสมบูรณ์ของฟิล์ม TiO₂ แบบพาสซีฟที่ให้การป้องกันการกัดกร่อน ในการใช้งานทางชีวการแพทย์ (เช่น การปลูกถ่ายกระดูก) สิ่งเจือปนของไนโตรเจนสามารถลดความเข้ากันได้ทางชีวภาพโดยกระตุ้นให้เกิดการอักเสบเฉพาะที่ และลดความต้านทานการกัดกร่อนในของเหลวในร่างกาย (เช่น ของเหลวในร่างกายจำลอง SBF)

ไฮโดรเจน (เอช)

ไฮโดรเจนมีขีดจำกัดที่เข้มงวดที่สุดใน GR.5 โดยทั่วไปจะจำกัดไว้ที่ 0.015 % โดยน้ำหนัก (150 ppm) สำหรับเกรดส่วนใหญ่ แม้แต่ปริมาณไฮโดรเจนเพียงเล็กน้อยก็สามารถทำให้เกิดได้การแตกตัวของไฮโดรเจน (HE)ในโลหะผสมไทเทเนียม ไฮโดรเจนแพร่กระจายเข้าไปในโครงตาข่ายและก่อให้เกิดเฟสไฮไดรด์ที่เปราะ (เช่น TiH₂) ตามแนวขอบเขตของเกรนหรือส่วนต่อประสานของเฟส ไฮไดรด์เหล่านี้ลดความเหนียวและความเหนียวลงอย่างมาก และภายใต้แรงดึงหรือแรงดึงเป็นรอบ จะทำให้เกิดการแตกหักก่อนเวลาอันควร ในสภาพแวดล้อมการประมวลผลทางเคมี (เช่น สารละลายที่เป็นกรดหรือก๊าซที่มีไฮโดรเจนสูง-) การรับไฮโดรเจนจะถูกเร่ง ส่งผลให้ความเสถียรทางเคมีและเชิงกลลดลงอีก

ซิลิคอน (ศรี)

ซิลิคอนคือสิ่งเจือปนปริมาณน้อยที่มีขีดจำกัดสูงสุด 0.10% โดยน้ำหนักใน GR.5 แม้ว่า Si ปริมาณเล็กน้อยจะช่วยเพิ่ม-ความต้านทานต่อออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงได้โดยการทำให้ชั้นออกไซด์คงที่ แต่ Si ที่มากเกินไปจะเกิดการตกตะกอนของซิลิไซด์ (เช่น Ti₅Si₃) สิ่งเหล่านี้จะตกตะกอนลดความต้านทานการกัดกร่อนในตัวกลางที่เป็นด่างหรือออกซิไดซ์ และลดอายุความล้าของโลหะผสมในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ในส่วนประกอบของเครื่องยนต์การบินและอวกาศที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง ปริมาณ Si ที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดออกซิเดชันและการเกิดตะกรันก่อนเวลาอันควรได้