Comportamento de oxidação de ligas de titânio de alta temperatura
Como os motores aeronáuticos funcionam em altas temperaturas, os componentes da liga de titânio em alta temperatura resistirão à corrosão por oxidação. As propriedades mecânicas de alta temperatura das ligas de titânio também são limitadas pela sua capacidade de resistir à corrosão por oxidação. A oxidação das ligas de titânio formará uma película de óxido na superfície, que isola o interior do metal do ambiente externo. As propriedades são relativamente estáveis e não serão mais oxidadas. No entanto, à medida que a temperatura aumenta, o filme de óxido superficial se desprende ciclicamente. Quando as ligas de titânio são usadas em altas temperaturas, suas propriedades mecânicas em alta temperatura serão reduzidas devido aos efeitos da oxidação e corrosão.
O comportamento de oxidação de ligas de titânio de alta temperatura utilizando temperaturas entre 500 graus e 750 graus foi estudado. Foi demonstrado que a temperatura tem um grande impacto na taxa de oxidação de ligas de titânio de alta temperatura. Nos estágios iniciais da oxidação, o ganho de peso de oxidação muda linearmente e, à medida que a camada de óxido aumenta, a taxa de reação química diminui, o peso aumenta em forma parabólica e o filme de óxido consiste em Al2O3 além de TiO2. Zeng Shangwu et al. estudaram o comportamento de oxidação em alta temperatura da liga de titânio TC4. O estudo descobriu que o TC4 pode permanecer intacto durante a oxidação cíclica no filme de óxido a 650 graus, mas pode rachar e descascar em temperaturas mais altas.
Atualmente, existem muitos métodos para melhorar a resistência à oxidação de ligas de titânio de alta temperatura, como a adição de outros elementos de liga ao titânio puro para produzir uma variedade de novas ligas de titânio. Se o alumínio for adicionado, uma película densa de óxido é formada para proteger a liga de titânio da corrosão oxidativa, melhorando assim a resistência à oxidação em alta temperatura da liga de titânio. Além disso, o silício e o cromo também podem formar filmes de óxido. No entanto, a formação excessiva de liga também afetará as propriedades físicas do material. Ao melhorar a resistência à oxidação das ligas de titânio de alta temperatura, outras propriedades mecânicas de alta temperatura das ligas de titânio de alta temperatura também podem ser afetadas, tornando-as incapazes de serem bem utilizadas em motores aeroespaciais. Portanto, como adicionar elementos de liga de maneira razoável ainda requer pesquisas contínuas.
Outro método é preencher a superfície da liga de titânio com materiais que resistem à oxidação em alta temperatura. Por exemplo, a aluminização da superfície da liga de titânio de alta temperatura TC4 pode melhorar muito sua resistência à oxidação em alta temperatura. Além disso, também existem métodos como a pré-oxidação. Pode melhorar a capacidade antioxidante. No entanto, cada método tem atualmente certas limitações, e uma variedade de medidas antioxidantes precisam ser utilizadas de forma abrangente para garantir as propriedades mecânicas de alta temperatura das ligas de titânio de alta temperatura.
Características de fadiga de ligas de titânio de alta temperatura
Em motores aeronáuticos, estruturas ou peças estão sujeitas principalmente a cargas alternadas, e a falha por fadiga é o principal modo de falha. Zhang Yajuan et al. conduziu experimentos para estudar as características de crescimento de trincas por fadiga da liga de titânio Ti-6Al-4V. A pesquisa mostrou que à medida que a taxa de tensão aumenta, o limiar de crescimento de trincas por fadiga diminuirá, e quando o fator de intensidade de tensão é constante, a taxa de crescimento de trincas está relacionada à taxa de tensão. em uma correlação positiva. A curva SN de fadiga aparece como um ponto de inflexão cerca de 107 vezes. As rachaduras iniciam na superfície ou no subsolo. Ao mesmo tempo, a alta temperatura promoverá a expansão das fissuras.
A falha por fadiga das ligas de titânio ocorre de tempos em tempos e algumas medidas antifadiga precisam ser tomadas para melhorar suas características de fadiga. A tecnologia de shot peening é atualmente um método amplamente utilizado para melhorar o desempenho de fadiga de peças. O princípio deste método é principalmente formar tensão de compressão residual na superfície da amostra para compensar parcialmente o efeito da carga externa, melhorando assim o desempenho de fadiga da peça. A pesquisa mostra que o limite de fadiga dos materiais tratados por shot peening pode ser aumentado em mais de 34%, e o shot peening tem um efeito muito significativo na melhoria do desempenho à fadiga. Além do shot peening, o reforço por extrusão e a implantação iônica também são métodos para melhorar as propriedades de fadiga das ligas de titânio.
Propriedades de fluência de ligas de titânio de alta temperatura
Como os componentes dos motores aeronáuticos trabalham em altas temperaturas, a fluência tem um grande impacto na vida útil e no desempenho de segurança dos motores aeronáuticos. A fluência geralmente se refere a uma deformação lenta e irrecuperável de materiais sob alta temperatura e carga sustentada.
Os resultados da pesquisa mostram que o deslizamento e a subida das luxações desempenham um papel importante no processo de deformação por fluência da liga TA15 dentro de uma determinada faixa de temperatura e tensão, e a subida das luxações desempenha um papel importante acima de 550 graus. Tensão, tempo, temperatura, elementos de liga, microestrutura, etc., todos desempenham um certo papel no comportamento de fluência de ligas de titânio de alta temperatura. Os resultados da pesquisa mostram que à medida que a tensão de teste aumenta, o tempo necessário para o processo de fluência atingir um estado estacionário diminuirá e a taxa de fluência se tornará mais rápida no estado estacionário. A pesquisa sobre fluência deve ser realizada em conjunto com a interação da fadiga por fluência, porque a falha de componentes em motores geralmente ocorre sob a ação combinada dos dois.
