1.-Sefydlwch Thermol Hir-Aloion Titaniwm Tymheredd Uchel-
(1) Dyluniad aloi ar gyfer Sefydlogrwydd Thermol
Sefydlogwyr alffa (Al, Sn, Zr): Mae alwminiwm (6–8 wt%) a thun (1–3 wt%) yn cryfhau'r cyfnod alffa ac yn codi-tymheredd transus beta yr aloi (gohirio trawsnewid cyfnod ar dymheredd uchel); zirconium (2-4 wt%) yn mireinio grawn ac yn gwella ymwrthedd creep heb gyfaddawdu hydwythedd. Er enghraifft, mae gan Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242) dymheredd beta-transus o ~1000 gradd , 15–20% yn uwch na Ti-6Al-4V, sy'n galluogi gweithrediad sefydlog ar 450–500 gradd am 10,000+ awr.
Sefydlogwyr beta (Mo, Nb, Ta): Mae molybdenwm (1–2 wt%) a niobium (2–5 wt%) yn gwella hydwythedd tymheredd uchel yr aloi ac yn atal brashau'r cyfnod beta; tantalum (1-3 wt%) yn gwella sefydlogrwydd thermol drwy leihau cyfraddau trylediad atomig yn y matrics. Mae graddau uwch fel Ti-1100 (Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si) yn ymgorffori silicon (0.4-0.5 wt%) i ffurfio gwaddodion silicid mân (Ti₅Si₃), sy'n pinio ffiniau grawn ac yn atal anffurfiad ymgripiad ar 550-600 gradd.
Rheolaeth ryngosodol isel-: terfynau llym ar ocsigen (<0.15 wt%), nitrogen (<0.015 wt%), and hydrogen (<0.010 wt%) prevent the formation of brittle interstitial compounds that degrade thermal stability over time.
(2) Sefydlogrwydd Microstrwythurol Yn ystod-Tymor Uchel-Amlygiad Tymheredd Hir
Microstrwythurau moddol lamellar/bi: Mae'r graddau tymheredd uchaf-uchel-wedi'u trin i ffurfio microstrwythur lamellar neu bi-modal (alffa hafal + lamellar-beta). Er enghraifft, mae Ti-6242 yn y cyflwr lamellar llawn yn cynnal dosbarthiad alffa lamellae manwl, unffurf yn y matrics beta ar 500 gradd am 20,000 o oriau, heb unrhyw frasiad grawn sylweddol neu wahanu fesul cam. Mewn cyferbyniad, mae Ti-6Al-4V confensiynol yn profi brashau cyfnod alffa a cholli cryfder uwchlaw 350 gradd ar ôl 5,000 o oriau o amlygiad.
Gwrthwynebiad i ddiraddio cyfnod: Ar dymheredd is na 600 gradd, mae aloion titaniwm tymheredd uchel yn osgoi ffurfio cyfnodau niweidiol (ee, cyfnod omega brau neu hydridau bras) sy'n plagu graddau safonol. Mae Ti{6}}1100, er enghraifft, yn cadw ei ficrostrwythur alffa-beta ar 600 gradd am 10,000 o oriau, gyda dim ond gostyngiad o 10-15% mewn cryfder tynnol (o 900 MPa i 750-800 MPa), o gymharu â cholled cryfder o 40% ar gyfer Ti-6Al-4V ar yr un tymheredd a hyd.
(3) Cadw Eiddo Mecanyddol
Ymwrthedd creep: Mae aloion titaniwm tymheredd uchel yn dangos perfformiad ymgripiad uwch ar eu tymereddau dylunio. Mae gan Ti-6242 gyfradd straen ymgripiad o<1×10⁻⁹ per hour at 450°C and 200 MPa stress (10x lower than Ti-6Al-4V under the same conditions), with total creep deformation <0.1% after 10,000 hours. Ti-1100 achieves a creep strain rate of <5×10⁻⁹ per hour at 550°C and 250 MPa, meeting the demands of aero-engine compressor blades.
Nerth blinder: O dan lwythiad tymheredd uchel cylchol, mae'r aloion hyn yn cadw 60–70% o'u hystafell-cryfder blinder tymheredd (10⁷ cylchred). Er enghraifft, mae gan Ti-6242 gryfder blinder o ~250 MPa ar 450 gradd (yn erbyn . 150 MPa ar gyfer Ti-6Al-4V ar 350 gradd), gan alluogi gwasanaeth dibynadwy mewn cydrannau sy'n dueddol o ddirgryniad fel casinau tyrbinau.
Cadw hydwythedd: Mae amlygiad hirdymor i 500 gradd yn lleihau estyniad Ti-6242 20-25% yn unig (o 12% i 9-10%), tra bod Ti-6Al-4V yn colli 50% o'i hydwythedd (o 12% i 6%) ar 350 gradd dros yr un cyfnod.
2. Gwrthsefyll Ocsidiad Aloeon Titaniwm Tymheredd Uchel yn Ystod y Gwasanaeth Tymor Hir
(1) Mecanwaith ocsideiddio aloion titaniwm ar dymheredd uchel
Haen allanol: TiO₂ mandyllog (rutile), sy'n cracio ac yn asglodi o dan feicio thermol;
Haen ganol: Ti₃O₅, lled-ocsid dargludol gyda phriodweddau amddiffynnol gwael;
Haen fewnol: Ti₂O₃, ocsid brau sy'n achosi embrittlement arwyneb ac yn lleihau bywyd blinder.
(2) Triniaethau Aloi a Arwyneb ar gyfer Ymwrthedd Ocsidiad Gwell
Aloi silicon ac alwminiwm: Mae silicon (0.3-0.5 wt%) mewn graddau fel Ti-1100 yn ffurfio haen SiO₂ barhaus o dan y ffilm TiO₂, sy'n gweithredu fel rhwystr trylediad i ocsigen ac yn lleihau cyfradd twf ocsid 50-60% ar 600 gradd. Mae alwminiwm (7-8 wt%) yn cynyddu'r cynnwys alwminiwm yn yr haen ocsid, gan ffurfio graddfa Al₂O₃-TiO₂ gymysg gyda phwynt toddi uwch a athreiddedd ocsigen is na TiO₂ pur.
Ychwanegiadau cromiwm a niobium: Mae cromiwm (1-2 wt%) yn gwella adlyniad ocsid trwy leihau'r diffyg cyfatebiaeth ehangu thermol rhwng yr haen ocsid a'r swbstrad, tra bod niobium (3-5 wt%) yn sefydlogi cyfnod rutile TiO₂ ac yn atal ffurfio crac yn y raddfa ocsid.
Haenau arwyneb: Ar gyfer cymwysiadau tymheredd uchel iawn (550-700 gradd ), mae aloion titaniwm tymheredd uchel yn aml wedi'u gorchuddio âhaenau alwminiwm(ee, pecyn-cotiadau Al-Ti wedi'u smentio) neuhaenau ceramig(ee, yttria-zirconia sefydlog, YSZ). Mae'r haenau hyn yn ffurfio Al₂O₃ trwchus neu rwystr ceramig, gan leihau cyfradd ocsideiddio 90% ar 650 gradd o'i gymharu ag aloion heb eu gorchuddio. Er enghraifft, mae gan Ti-1100 wedi'i orchuddio â aluminid gynnydd pwysau o<0.1 mg/cm² after 1000 hours at 600°C, vs. 1.2 mg/cm² for uncoated Ti-1100.
(3) Terfynau Perfformiad Ocsidiad Tymor Hir-
Aloeon heb eu gorchuddio: Gall y rhan fwyaf o aloion titaniwm tymheredd uchel heb eu gorchuddio gynnal ymwrthedd ocsideiddio derbyniol hyd at 550-600 gradd am 10,000 awr, gyda chyfanswm trwch ocsid wedi'i gyfyngu i<10 μm and weight gain <0.5 mg/cm². Above 600°C, the oxide layer thickens rapidly (exceeding 20 μm at 650°C for 1000 hours) and becomes prone to spalling under thermal cycling, leading to intergranular oxidation and embrittlement.
Aloeon wedi'u gorchuddio: Gyda haenau alwminiwm neu seramig, mae'r terfyn tymheredd uchaf yn ymestyn i 650-700 gradd ar gyfer -gwasanaeth tymor hir (10,000 awr), gyda thrwch ocsid<8 μm and weight gain <0.2 mg/cm² at 700°C. However, coating degradation (e.g., interdiffusion of coating and substrate elements) becomes a limiting factor beyond 700°C, requiring periodic recoating for critical components.
