Kõrge temperatuuriga titaanisulamite oksüdatsioonikäitumine
Kuna aeromootorid töötavad kõrgetel temperatuuridel, peavad kõrge temperatuuriga titaanisulamist komponendid vastu oksüdatsioonikorrosioonile. Titaanisulamite mehaanilisi omadusi kõrgel temperatuuril piirab ka nende võime taluda oksüdatsioonikorrosiooni. Titaanisulamite oksüdeerumisel moodustub pinnale oksiidkile, mis isoleerib metalli sisemuse väliskeskkonnast. Omadused on suhteliselt stabiilsed ega oksüdeeru edasi. Temperatuuri tõustes aga koorub pinna oksiidkile tsükliliselt maha. Kui titaanisulameid kasutatakse kõrgel temperatuuril, vähenevad nende mehaanilised omadused kõrgel temperatuuril oksüdatsiooni ja korrosiooni mõju tõttu.
Uuritud on kõrge temperatuuriga titaanisulamite oksüdatsioonikäitumist temperatuurivahemikus 500–750 kraadi. On näidatud, et temperatuuril on suur mõju kõrge temperatuuriga titaanisulamite oksüdatsioonikiirusele. Oksüdatsiooni algfaasis muutub oksüdatsiooni massi juurdekasv lineaarselt ja oksiidikihi suurenedes keemilise reaktsiooni kiirus väheneb, kaal suureneb paraboolsel kujul ning oksiidikile koosneb lisaks TiO2-le ka Al2O3-st. Zeng Shangwu et al. uuris TC4 titaanisulami oksüdatsioonikäitumist kõrgel temperatuuril. Uuringus leiti, et TC4 võib jääda puutumatuks tsüklilise oksüdatsiooni ajal oksiidkiles temperatuuril 650 kraadi, kuid võib praguneda ja kooruda kõrgematel temperatuuridel.
Praegu on kõrgtemperatuursete titaanisulamite oksüdatsioonikindluse parandamiseks palju meetodeid, näiteks muude legeerivate elementide lisamine puhtale titaanile, et valmistada erinevaid uusi titaanisulameid. Alumiiniumi lisamisel moodustub tihe oksiidkile, mis kaitseb titaanisulamit oksüdatiivse korrosiooni eest, parandades seeläbi titaanisulami oksüdatsioonikindlust kõrgel temperatuuril. Lisaks võivad räni ja kroom moodustada ka oksiidkilesid. Kuid liigne legeerimine mõjutab ka materjali füüsikalisi omadusi. Kõrgtemperatuursete titaanisulamite oksüdatsioonikindluse parandamise ajal võivad kõrge temperatuuriga titaanisulamite muud kõrge temperatuuriga mehaanilised omadused samuti muutuda, mistõttu neid ei saa kosmosemootorites hästi kasutada. Seetõttu vajab legeerivate elementide mõistlik lisamine veel uurimist.
Teine meetod on titaanisulami pinna täitmine materjalidega, mis on vastupidavad kõrgel temperatuuril oksüdatsioonile. Näiteks TC4 kõrgtemperatuurse titaanisulami pinna aluminiseerimine võib oluliselt parandada selle kõrge temperatuuri oksüdatsioonikindlust. Lisaks on olemas ka sellised meetodid nagu eeloksüdatsioon. Võib parandada antioksüdantide võimet. Siiski on igal meetodil praegu teatud piirangud ja kõrge temperatuuriga titaanisulamite kõrgtemperatuursete mehaaniliste omaduste tagamiseks tuleb igakülgselt kasutada mitmesuguseid oksüdatsioonivastaseid meetmeid.
Kõrge temperatuuriga titaanisulamite väsimusomadused
Lennumootorites on konstruktsioonid või osad peamiselt allutatud vahelduvatele koormustele ja väsimuse rike on peamine rikkerežiim. Zhang Yajuan et al. viis läbi katseid, et uurida Ti-6Al-4V titaanisulami väsimuspragude kasvu omadusi. Uuringud näitasid, et pingesuhte suurenedes väheneb väsimuspragude kasvulävi ja kui pinge intensiivsuse tegur on konstantne, on pragude kasvukiirus seotud pingesuhtega. positiivsesse korrelatsiooni. Väsimuse SN-kõver on umbes 107-kordse pöördepunktina. Pinnal või aluspinnal tekivad praod. Samal ajal soodustab kõrge temperatuur pragude laienemist.
Aeg-ajalt esineb titaanisulamite väsimustõrkeid ja nende väsimusomaduste parandamiseks tuleb võtta mõningaid väsimusvastaseid meetmeid. Haaveldustehnoloogia on praegu laialdaselt kasutatav meetod osade väsimuskindluse parandamiseks. Selle meetodi põhimõte on peamiselt tekitada proovi pinnale jääksurvepinge, et osaliselt kompenseerida väliskoormuse mõju, parandades seeläbi detaili väsimust. Uuringud näitavad, et haavliga töödeldud materjalide väsimuspiiri saab tõsta rohkem kui 34% võrra ning haavlitöötlemisel on väga oluline mõju väsimusnäitajate parandamisele. Titaanisulamite väsimusomaduste parandamiseks on lisaks haavelpuhastamisele ka ekstrusiooni tugevdamine ja ioonide implanteerimine.
Kõrge temperatuuriga titaanisulamite roomamisomadused
Kuna aeromootorite komponendid töötavad kõrgetel temperatuuridel, mõjutab roome oluliselt lennukimootorite kasutusiga ja ohutust. Roomamine viitab tavaliselt materjalide aeglasele, taastumatule deformatsioonile kõrgel temperatuuril ja püsival koormusel.
Uurimistulemused näitavad, et dislokatsiooni libisemine ja tõus mängivad olulist rolli TA15 sulami roomamise deformatsiooniprotsessis teatud temperatuuri- ja pingevahemikus ning dislokatsiooni tõus mängib olulist rolli üle 550 kraadi. Stress, aeg, temperatuur, sulamielemendid, mikrostruktuur jne mängivad kõrge temperatuuriga titaanisulamite roomamises teatud rolli. Uurimistulemused näitavad, et katsepinge suurenedes lüheneb roomamisprotsessi püsiolekusse jõudmiseks kuluv aeg ja püsiseisundis roomekiirus kiireneb. Roomamise uuringud tuleks läbi viia koos roomamisväsimuse vastasmõjuga, kuna mootorite komponentide rike esineb sageli nende kahe koosmõjul.
