1. Механические свойства при комнатной температуре (25 градусов)
Коммерчески чистый (CP) титан (например, GR.1/GR.2)
CP-титан имеет однофазную -микроструктуру при комнатной температуре. Его предел прочности на разрыв колеблется от 240–485 МПа (от GR.1 до GR.2), со значениями удлинения 20–30% и высокой вязкостью разрушения (более или равной 60 МПа·м¹/²). В свойствах преобладают элементы внедрения (O, N, C): большее содержание кислорода увеличивает прочность, но снижает пластичность. При комнатной температуре титан CP обладает хорошей формуемостью и коррозионной стойкостью, что делает его пригодным для применения в приложениях, не требующих-высоких-напряжений, таких как химические трубопроводы и медицинские имплантаты.
.+ Титановые сплавы (например, GR.5/Ti-6Al-4V)
GR.5 имеет двухфазную структуру при комнатной температуре. В отожженном состоянии его предел прочности достигает 860–900 МПа, предел текучести ~800 МПа, относительное удлинение ~10–15 %, усталостная прочность (10⁷ циклов) ~400 МПа. Сбалансированная микроструктура + обеспечивает компромисс-между прочностью, пластичностью и ударной вязкостью, а ее низкий модуль упругости (110 ГПа, ~50 % стали) снижает защиту от напряжений в биомедицинских имплантатах и улучшает гашение вибраций в аэрокосмических конструкциях.
2. Механические свойства при высоких температурах (200 градусов/300 градусов)
Снижение прочности и жесткости
При 200 градусах прочность отожженного ГР.5 снижается на ~10–15 % (до 750–780 МПа) по сравнению с комнатной температурой, а при 300 градусах – на ~20–25 % (до 650–700 МПа). Предел текучести также снижается (до ~700 МПа при 200 градусах и ~600 МПа при 300 градусах) из-за увеличения подвижности дислокаций и снижения сил межатомной связи. Модуль упругости титана линейно уменьшается с температурой (от 110 ГПа при комнатной температуре до ~ 105 ГПа при 200 градусах и ~ 100 ГПа при 300 градусах), снижая жесткость конструкции.
Сопротивление ползучести
Ползучесть (зависимая от времени пластическая деформация- под постоянной нагрузкой) для титановых материалов становится заметной при температуре выше 200 градусов. Титан CP имеет плохое сопротивление ползучести при 300 градусах и не может выдерживать длительные -статические нагрузки, в то время как + сплавы, такие как GR.5, демонстрируют лучшие характеристики ползучести: при напряжении 200 МПа при 300 градусах его деформация ползучести после 1000 часов составляет менее 0,1 %, что соответствует требованиям, предъявляемым к корпусам авиационных двигателей и компонентам выхлопной системы (которые обычно работают при температуре ниже 400 градусов). У . -отожженного GR.5 выше сопротивление ползучести, чем отожженные или марки STA при 300 градусах, благодаря своей пластинчатой + микроструктуре, которая препятствует движению дислокаций.
Изменения пластичности и вязкости
Удлинение GR.5 немного увеличивается при 200 градусах (до ~15–18%) из-за снижения наклепа, но при 300 градусах оно начинает уменьшаться (до ~10–12%), поскольку становится заметным зернограничное скольжение и окислительное -охрупчивание. Вязкость разрушения также снижается примерно на 10% при температуре 300 градусов, поскольку высокие температуры способствуют образованию микропустот на границах фаз.
3. Механические свойства при криогенных температурах (-196 градусов).
Повышение силыПри -196 град. предел прочности отожженного ГР.5 увеличивается до ~1100–1200 МПа (рост на 30–40 % от комнатной температуры), а предел текучести возрастает до ~950–1000 МПа. В CP-титане (GR.2) также наблюдается увеличение прочности (прочность на разрыв от 485 МПа при комнатной температуре до ~600 МПа при -196 градусах). Это связано с тем, что криогенные температуры снижают подвижность дислокаций, увеличивают напряжения трения решетки и подавляют образование деформационных микротрещин, что приводит к выраженному наклепу при пластическом деформировании.
Улучшение пластичности и ударной вязкости
В отличие от стали или алюминия (которые теряют пластичность при -196 градусах), титановые материалы сохраняют или даже улучшают пластичность и ударную вязкость при криогенных температурах. Удлинение GR.5 увеличивается до ~15–20% при -196 градусах (с 10–15% при комнатной температуре), а вязкость разрушения повышается на ~20–30% (до более или равного 70 МПа·м¹/²). Удлинение CP-титана достигает 25–30% при -196 градусах, без признаков хрупкого перехода. Это обусловлено стабильностью -фазы при криогенных температурах (отсутствие охрупчивания, вызванного фазовым превращением) и подавлением водородного охрупчивания (диффузия водорода ингибируется при низких температурах).
Усталостные и ударные характеристики
Криогенные температуры также повышают усталостную прочность GR.5: его усталостная прочность за 10⁷-циклов увеличивается до ~500–550 МПа при -196 градусах (по сравнению с 400 МПа при комнатной температуре). Ударная вязкость (V-образный надрез по Шарпи) повышается с ~40 Дж при комнатной температуре до ~60 Дж при -196 градусах, что делает его пригодным для криогенных применений, таких как резервуары для хранения сжиженного природного газа (СПГ), баки для ракетного топлива и опоры сверхпроводящих устройств.
