Khi lựa chọnhợp kim titan, trước tiên xác định ứng suất cho phép dựa trên cường độ năng suất, sau đó xác minh độ bền đứt gãy và khả năng chịu hư hỏng bằng cách sử dụng độ bền kéo và độ giãn dài; cả hai bước đều cần thiết. Độ bền kéo biểu thị tải trọng tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi đứt-phản ánh khả năng chịu tải-tải trọng tối đa và khả năng hấp thụ năng lượng-của vật liệu đó trước khi hỏng.
Độ bền chảy biểu thị ngưỡng mà biến dạng vượt quá mức đó sẽ trở thành vĩnh viễn-phản ánh khả năng của vật liệu trong việc duy trì hình dạng và độ chính xác về kích thước, đồng thời đóng vai trò là đường cơ sở thực sự cho ứng suất cho phép trong thiết kế kết cấu.
1. Độ bền kéo (Rm/σb) là gì?
Định nghĩa: Ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị gãy trong quá trình kiểm tra độ bền kéo, được đo bằng MPa. Nó đại diện cho khả năng chịu tải tối đa của vật liệu.
Ý nghĩa kỹ thuật:
Độ bền kéo tương ứng với điểm cao nhất trên đường cong ứng suất{0}}biến dạng. Ngoài điểm này, vật liệu bắt đầu trải qua hiện tượng thắt cổ cục bộ và vùng chịu tải hiệu quả-giảm nhanh chóng cho đến khi xảy ra đứt gãy.
Nó xác định "giới hạn an toàn tối đa" của thành phần-ngay cả khi tình trạng quá tải cục bộ làm cho vật liệu bị biến dạng, miễn là độ bền kéo không bị vượt quá thì vật liệu vẫn giữ được khả năng hấp thụ năng lượng thông qua biến dạng dẻo (một yếu tố quan trọng đối với thiết kế-khả năng chịu hư hại trong các thành phần kết cấu hàng không vũ trụ).
Trong ngành hợp kim titan, các cấp độ bền được chỉ định trong báo giá và thỏa thuận kỹ thuật-chẳng hạn như Rm Lớn hơn hoặc bằng 400 MPa đối với Cấp 2 (GR2) và Rm Lớn hơn hoặc bằng 895 MPa đối với Cấp 5 (GR5) (thanh ủ)-đề cập cụ thể đến thông số này.
II. Sức mạnh năng suất (Rp0,2 / σs hoặc σ0,2) là gì?
Định nghĩa: Mức ứng suất mà tại đó vật liệu bắt đầu trải qua biến dạng dẻo đáng kể (biến dạng vĩnh viễn, không thể đảo ngược). Vì hầu hết các hợp kim titan không thể hiện một trạng thái ổn định năng suất riêng biệt nên thực hành kỹ thuật thường sử dụng "độ bền dẻo của độ giãn dẻo (Rp0,2)"-được định nghĩa là ứng suất tạo ra biến dạng dẻo vĩnh viễn 0,2%-làm cường độ năng suất.
Ý nghĩa kỹ thuật:
Dưới giới hạn chảy, một bộ phận sẽ trở lại hình dạng ban đầu sau khi loại bỏ tải (phạm vi biến dạng đàn hồi); khi vượt quá giới hạn chảy, bộ phận sẽ bị biến dạng vĩnh viễn và không trở lại trạng thái ban đầu.
Đối với phần lớn các thành phần kết cấu, cường độ chảy đóng vai trò là tiêu chuẩn thiết kế thực sự. Trong phân tích ứng suất, ứng suất cho phép thường được tính bằng cách chia giới hạn chảy cho hệ số an toàn (thường là 1,15–1,5 đối với các bộ phận hàng không vũ trụ và 1,5 đối với bình chịu áp lực dân dụng).
Ví dụ: Cường độ chảy của titan cấp 5 (Ti{8}}6Al-4V) đã ủ là khoảng 825 MPa, trong khi cường độ kéo của nó dao động từ khoảng 895 đến 1030 MPa. Nếu bạn sử dụng con số 895 MPa trong tính toán thiết kế của mình thì bạn đang coi cường độ giới hạn là ứng suất cho phép - một lỗi nghiêm trọng.
Một điểm dễ gây nhầm lẫn: Hợp kim titan là vật liệu có "cường độ riêng cao"-hiệu suất-độ bền-trên-tỷ trọng mật độ của chúng nằm trong số cao nhất trong số tất cả các kim loại kết cấu. Khi tính trọng lượng trong quá trình lựa chọn vật liệu, cường độ chảy là giá trị nên được sử dụng ở tử số.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo và độ bền năng suất của hợp kim titan
Dựa trên 15 năm kinh nghiệm, tôi nhận thấy các yếu tố chính ảnh hưởng đến hai chỉ số này là:
Thành phần hợp kim
Al, O, N và C tăng độ bền nhưng giảm độ dẻo;
V, Mo, Nb, Cr và Fe ổn định pha và tăng cường ảnh hưởng thông qua xử lý nhiệt;
H (Hydro) có xu hướng gây giòn do hydro; mặc dù không được phản ánh trực tiếp trong các giá trị độ bền kéo nhưng nó gây ra rủi ro nghiêm trọng.
Các yếu tố tạp chất
Sức mạnh rất nhạy cảm với hàm lượng oxy; nồng độ oxy cao làm tăng độ bền nhưng làm giảm độ dẻo và dai;
Nitơ và carbon cũng có tác dụng tăng cường độ cứng, nhưng lượng quá nhiều sẽ dẫn đến độ giòn.
Cấu trúc vi mô
Cấu trúc vi mô cân bằng: Độ dẻo tốt và hiệu suất mỏi tương đối tốt;
Cấu trúc vi lớp: Độ bền gãy tốt, nhưng độ dẻo thấp hơn một chút;
Cấu trúc vi mô lưỡng kim (song công): Hiệu suất tổng thể tốt;
-Phần pha, -kích thước pha và kết cấu tinh thể đều ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền kéo.
Xử lý nhiệt
Ủ: Độ bền vừa phải và độ dẻo tốt;
Xử lý dung dịch và lão hóa: Kết tủa pha -mịn, tăng đáng kể năng suất và độ bền kéo;
-ủ: Độ dẻo dai tốt, mặc dù độ bền có thể giảm;
Ủ giảm ứng suất-: Ảnh hưởng đến ứng suất dư và độ ổn định kích thước.
Công nghệ chế biến
Việc rèn các đường dòng chảy, hướng lăn và kết cấu gây ra tính dị hướng;
Các đặc tính khác nhau giữa các hướng dọc, ngang và độ dày;
Gia công nguội làm tăng độ bền nhưng làm giảm độ dẻo.
Nhiệt độ
Nhiệt độ tăng dẫn đến giảm cả độ bền kéo và độ bền chảy;
Nhiệt độ sử dụng lâu dài đối với hợp kim titan thường bị giới hạn (ví dụ: GR5 thường được giới hạn ở dưới 350 độ để sử dụng lâu dài);
Độ bền tăng ở nhiệt độ thấp, nhưng độ dẻo và độ dẻo dai có thể giảm.
Mẫu vật và thử nghiệm
Việc sử dụng máy đo độ giãn tác động đáng kể đến các phép đo cường độ chảy;
Căn chỉnh mẫu (độ đồng trục), độ nhám bề mặt, tốc độ biến dạng và vị trí lấy mẫu đều ảnh hưởng đến kết quả;
Hợp kim titan không có điểm chảy khác biệt; đo Rp0.2 mà không có máy đo độ giãn mang lại kết quả rất không chính xác.
E-thư điện tử:garychen3215@hotmail.com
Địa chỉ: Số 35, Đường Baoti, thành phố Baoji, tỉnh Thiểm Tây, Trung Quốc
Liên hệ: Mr. Gary Chen
Điện thoại: +86-917-8883215
Thiết bị di động/WhatsApp: +86 13092900605
