Een analyse van de treksterkte en vloeigrens in titaniumlegeringen - Nieuws

Bij het selecterentitanium legeringenbepaal eerst de toelaatbare spanning op basis van de vloeigrens en verifieer vervolgens de breuktaaiheid en schadetolerantie met behulp van treksterkte en rek; beide stappen zijn essentieel. Treksterkte vertegenwoordigt de maximale belasting die een materiaal kan weerstaan voordat het barst- en weerspiegelt de uiteindelijke belasting-draagcapaciteit en energie-absorptiepotentieel voorafgaand aan het falen.
De vloeigrens vertegenwoordigt de drempel waarboven vervorming permanent wordt- en weerspiegelt het vermogen van het materiaal om zijn vorm en maatnauwkeurigheid te behouden, en dient als de ware basislijn voor toelaatbare spanning in constructief ontwerp.

1. Wat is treksterkte (Rm / σb)?
Definitie: De maximale spanning die een materiaal kan weerstaan voordat het breekt tijdens een trekproef, gemeten in MPa. Het vertegenwoordigt het ultieme vermogen van het materiaal om belasting te weerstaan.
Technische betekenis:
Treksterkte komt overeen met het piekpunt op de spannings-rekcurve. Voorbij dit punt begint het materiaal plaatselijk insnoering te ondergaan, en neemt het effectieve draagoppervlak snel af totdat breuk optreedt.
Het bepaalt de 'ultieme veiligheidsmarge' van het onderdeel-zelfs als plaatselijke overbelasting ervoor zorgt dat het materiaal meegeeft, zolang de treksterkte niet wordt overschreden, behoudt het materiaal het vermogen om energie te absorberen door plastische vervorming (een factor die cruciaal is voor het tolerantieontwerp voor schade- in structurele componenten in de lucht- en ruimtevaart).
In de titaniumlegeringsindustrie verwijzen de sterkteklassen die zijn gespecificeerd in offertes en technische overeenkomsten-zoals Rm Groter dan of gelijk aan 400 MPa voor Graad 2 (GR2) en Rm Groter dan of gelijk aan 895 MPa voor Graad 5 (GR5) (gegloeide staaf)-specifiek naar deze parameter.

II. Wat is de vloeigrens (Rp0,2 / σs of σ0,2)?
Definitie: Het spanningsniveau waarbij een materiaal aanzienlijke plastische vervorming begint te ondergaan (onomkeerbare, permanente vervorming). Omdat de meeste titaniumlegeringen geen duidelijk vloeiplateau vertonen, gebruikt de techniek doorgaans de 'proefsterkte van plastische verlenging (Rp0,2)'-gedefinieerd als de spanning die 0,2% permanente plastische vervorming produceert-als de vloeigrens.
Technische betekenis:
Beneden de vloeigrens keert een onderdeel terug naar zijn oorspronkelijke vorm nadat de belasting is weggenomen (elastisch vervormingsbereik); zodra de vloeigrens wordt overschreden, ondergaat het onderdeel blijvende vervorming en keert het niet terug naar zijn oorspronkelijke staat.
Voor de overgrote meerderheid van structurele componenten dient de vloeigrens als de echte ontwerpbenchmark. Bij spanningsanalyse wordt de toelaatbare spanning doorgaans berekend door de vloeigrens te delen door een veiligheidsfactor (doorgaans 1,15–1,5 voor lucht- en ruimtevaartcomponenten en 1,5 voor civiele drukschepen).
Voorbeeld: De vloeigrens van uitgegloeid titanium van klasse 5 (Ti-6Al-4V) is ongeveer 825 MPa, terwijl de treksterkte varieert van ongeveer 895 tot 1030 MPa. Als u in uw ontwerpberekeningen het getal 895 MPa gebruikt, behandelt u de ultieme sterkte als de toegestane spanning: een kritieke fout.
Een veelvoorkomend punt van verwarring: titaniumlegeringen zijn materialen met een 'hoge specifieke sterkte'-hun verhouding tussen opbrengst-sterkte- en-dichtheid behoort tot de hoogste van alle structurele metalen. Bij het berekenen van het gewicht tijdens de materiaalkeuze is de vloeigrens de waarde die in de teller moet worden gebruikt.

Factoren die de treksterkte en vloeigrens van titaniumlegeringen beïnvloeden
Op basis van 15 jaar ervaring heb ik vastgesteld dat de belangrijkste factoren die deze twee statistieken beïnvloeden, zijn:

Legering samenstelling

Al, O, N en C vergroten de sterkte maar verminderen de ductiliteit;

V, Mo, Nb, Cr en Fe stabiliseren de fase en beïnvloeden de versterking via warmtebehandeling;

H (waterstof) heeft de neiging waterstofverbrossing te veroorzaken; Hoewel dit niet direct tot uiting komt in de treksterktewaarden, vormt het een ernstig risico.

Onzuiverheidselementen

Sterkte is zeer gevoelig voor het zuurstofgehalte; hoge zuurstofniveaus verhogen de sterkte maar verminderen de taaiheid en taaiheid;

Stikstof en koolstof zorgen ook voor versterkende effecten, maar overmatige hoeveelheden leiden tot broosheid.

Microstructuur

Gelijkassige microstructuur: goede ductiliteit en relatief goede vermoeidheidsprestaties;

Lamellaire microstructuur: goede breuktaaiheid, maar iets lagere ductiliteit;

Bimodale (duplex) microstructuur: goede algehele prestaties;

De -fasefractie, -fasegrootte en kristallografische textuur hebben allemaal invloed op de vloei- en treksterkte.

Warmtebehandeling

Gloeien: matige sterkte en goede ductiliteit;

Oplossingsbehandeling en veroudering: precipiteert in de fijne -fase, waardoor de vloei- en treksterkte aanzienlijk toenemen;

-gloeien: goede taaiheid, hoewel de sterkte kan afnemen;

Spanningsontlating-: beïnvloedt restspanning en dimensionale stabiliteit.

Verwerkingstechnologie

Het smeden van stroomlijnen, walsrichting en textuur veroorzaken anisotropie;

Eigenschappen variëren tussen longitudinale, transversale en dikterichtingen;

Harden door koud werk verhoogt de sterkte maar vermindert de ductiliteit.

Temperatuur

Stijgende temperaturen leiden tot een afname van zowel de treksterkte als de vloeigrens;

De gebruikstemperatuur op de lange- termijn voor titaniumlegeringen is over het algemeen beperkt (GR5 is bijvoorbeeld doorgaans beperkt tot onder 350 graden voor langdurig gebruik-);

De sterkte neemt toe bij lage temperaturen, maar de taaiheid en taaiheid kunnen afnemen.

Monsters en testen

Het gebruik van een extensometer heeft een aanzienlijke invloed op de metingen van de vloeigrens;

Uitlijning van het monster (coaxialiteit), oppervlakteruwheid, reksnelheid en bemonsteringslocatie hebben allemaal invloed op de resultaten;

Titaniumlegeringen vertonen geen duidelijk vloeipunt; het meten van Rp0,2 zonder een extensometer levert zeer onnauwkeurige resultaten op.

10mm Titanium Rods best 6242 Titanium Rods manufacturers