هنگام انتخابآلیاژهای تیتانیومابتدا تنش مجاز را بر اساس استحکام تسلیم تعیین کنید، سپس چقرمگی شکست و تحمل آسیب را با استفاده از استحکام کششی و کشیدگی بررسی کنید. هر دو مرحله ضروری است. استحکام کششی نشاندهنده حداکثر باری است که یک ماده میتواند قبل از پارگی تحمل کند-منعکس کننده بار نهایی-ظرفیت باربری و انرژی{3}}پتانسیل جذب قبل از شکست.
استحکام تسلیم آستانهای را نشان میدهد که پس از آن تغییر شکل دائمی میشود-که توانایی مواد برای حفظ شکل و دقت ابعادی خود را منعکس میکند و به عنوان خط پایه واقعی برای تنش مجاز در طراحی سازه عمل میکند.
1. استحکام کششی (Rm / σb) چیست؟
تعریف: حداکثر تنشی که یک ماده می تواند قبل از شکست در طول آزمایش کشش تحمل کند که بر حسب MPa اندازه گیری می شود. این نشان دهنده ظرفیت نهایی مواد برای مقاومت در برابر بار است.
اهمیت مهندسی:
استحکام کششی مربوط به نقطه اوج در منحنی تنش-کرنش است. فراتر از این نقطه، ماده شروع به گردن زدن موضعی می کند و ناحیه تحمل بار مؤثر به سرعت کاهش می یابد تا زمانی که شکستگی رخ دهد.
"حاشیه ایمنی نهایی" قطعه را تعیین می کند-حتی اگر اضافه بار موضعی باعث تسلیم شدن مواد شود، تا زمانی که از استحکام کششی بیشتر نشود، ماده توانایی جذب انرژی از طریق تغییر شکل پلاستیک را حفظ می کند (عاملی برای طراحی تحمل آسیب- در اجزای ساختاری هوافضا).
در صنعت آلیاژ تیتانیوم، درجههای مقاومتی که در نقلقولها و توافقنامههای فنی مشخص شدهاند-مانند Rm بزرگتر یا مساوی 400 مگاپاسکال برای درجه 2 (GR2) و Rm بزرگتر یا مساوی 895 مگاپاسکال برای درجه 5 (GR5) (نوار آنیل شده) -به طور خاص به این پارامتر مراجعه کنید.
II. قدرت تسلیم (Rp0.2 / σs یا σ0.2) چیست؟
تعریف: سطح تنشی که در آن یک ماده شروع به تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی می کند (تغییر شکل غیرقابل برگشت و دائمی). از آنجایی که بیشتر آلیاژهای تیتانیوم فلات تسلیم مشخصی را نشان نمیدهند، شیوههای مهندسی معمولاً از "مقاومت ضایعات پسوند پلاستیکی (Rp0.2)"-تعریف شده به عنوان تنش ایجاد کننده 0.2٪ تغییر شکل دائمی پلاستیک-به عنوان قدرت تسلیم استفاده میکند.
اهمیت مهندسی:
در زیر استحکام تسلیم، یک قطعه پس از برداشتن بار به شکل اولیه خود باز می گردد (محدوده تغییر شکل الاستیک). هنگامی که از استحکام تسلیم فراتر رفت، قطعه دچار تغییر شکل دائمی می شود و به حالت اولیه خود باز نمی گردد.
برای اکثریت قریب به اتفاق اجزای ساختاری، مقاومت تسلیم به عنوان معیار طراحی واقعی عمل می کند. در تجزیه و تحلیل تنش، تنش مجاز به طور کلی با تقسیم مقاومت تسلیم بر یک ضریب ایمنی (معمولاً 1.15-1.5 برای اجزای هوافضا و 1.5 برای مخازن تحت فشار شهری) محاسبه میشود.
مثال: استحکام تسلیم تیتانیوم درجه 5 (Ti{8}}6Al-4V) آنیل شده تقریباً 825 مگاپاسکال است، در حالی که مقاومت کششی آن از حدود 895 تا 1030 مگاپاسکال است. اگر از رقم 895 مگاپاسکال در محاسبات طراحی خود استفاده کنید، استحکام نهایی را به عنوان تنش مجاز در نظر می گیرید - یک خطای بحرانی.
یک نکته رایج سردرگمی: آلیاژهای تیتانیوم موادی با "استحکام ویژه بالا" هستند-نسبت بازده-استحکام-به{3}}آنها در میان تمام فلزات ساختاری بالاترین است. هنگام محاسبه وزن در هنگام انتخاب مواد، قدرت تسلیم مقداری است که باید در شمارشگر استفاده شود.
عوامل مؤثر بر استحکام کششی و استحکام تسلیم آلیاژهای تیتانیوم
بر اساس 15 سال تجربه، من مشاهده کرده ام که عوامل اولیه موثر بر این دو معیار عبارتند از:
ترکیب آلیاژی
Al، O، N و C استحکام را افزایش می دهند اما شکل پذیری را کاهش می دهند.
V، Mo، Nb، Cr و Fe فاز را تثبیت می کنند و از طریق عملیات حرارتی بر تقویت تأثیر می گذارند.
H (هیدروژن) تمایل به ایجاد شکنندگی هیدروژن دارد. در حالی که مستقیماً در مقادیر استحکام کششی منعکس نمی شود، خطر شدیدی را به همراه دارد.
عناصر ناخالصی
استحکام به مقدار اکسیژن بسیار حساس است. سطوح بالای اکسیژن استحکام را افزایش می دهد اما شکل پذیری و چقرمگی را کاهش می دهد.
نیتروژن و کربن نیز اثرات تقویتی دارند، اما مقادیر بیش از حد آن منجر به شکنندگی می شود.
ریزساختار
ریزساختار هم محور: شکل پذیری خوب و عملکرد خستگی نسبتاً خوب.
ریزساختار لایه ای: چقرمگی شکست خوب، اما شکل پذیری کمی کمتر.
ریزساختار Bimodal (دوبلکس): عملکرد کلی خوب.
-کسر فاز، -اندازه فاز، و بافت کریستالوگرافی همگی بر تسلیم و استحکام کششی تأثیر میگذارند.
عملیات حرارتی
بازپخت: استحکام متوسط و شکل پذیری خوب.
درمان محلول و پیری: فاز ریز - را رسوب میدهد و تسلیم و استحکام کششی را بهطور قابلتوجهی افزایش میدهد.
-پخت: چقرمگی خوب، اگرچه ممکن است قدرت کاهش یابد.
بازپخت{0}}تسکین استرس: بر استرس باقیمانده و ثبات ابعادی تأثیر میگذارد.
فناوری پردازش
خطوط جریان آهنگری، جهت نورد، و بافت باعث ایجاد ناهمسانگردی می شود.
خواص بین جهت طولی، عرضی و ضخامت متفاوت است.
سخت کاری سرد باعث افزایش استحکام اما کاهش شکل پذیری می شود.
دما
افزایش دما منجر به کاهش مقاومت کششی و تسلیم می شود.
دمای خدمات طولانی مدت برای آلیاژهای تیتانیوم معمولاً محدود است (به عنوان مثال، GR5 معمولاً برای استفاده طولانی مدت به زیر 350 درجه محدود می شود).
استحکام در دماهای پایین افزایش می یابد، اما شکل پذیری و چقرمگی ممکن است کاهش یابد.
نمونه ها و آزمایش
استفاده از یک کشش سنج به طور قابل توجهی بر اندازه گیری قدرت تسلیم تاثیر می گذارد.
تراز نمونه (هم محوری)، زبری سطح، نرخ کرنش، و محل نمونه برداری همگی بر نتایج تأثیر می گذارند.
آلیاژهای تیتانیوم نقطه تسلیم مشخصی از خود نشان نمی دهند. اندازه گیری Rp0.2 بدون اکستانسومتر نتایج بسیار نادرستی به دست می دهد.
ایمیل-:garychen3215@hotmail.com
آدرس: استان شانشی، چین، شهر بائوجی، خیابان بائوتی، پلاک 35
تماس: آقای گری چن
تلفن: +86-917-8883215
موبایل/واتس اپ: +86 13092900605
