En seleccionaraliatges de titani, primer determineu la tensió permesa en funció de la resistència a la fluència i, a continuació, comproveu la resistència a la fractura i la tolerància al dany mitjançant la resistència a la tracció i l'allargament; tots dos passos són essencials. La resistència a la tracció representa la càrrega màxima que pot suportar un material abans de trencar-se-reflectint la seva capacitat de càrrega final-i el potencial d'absorció d'energia- abans de la fallada.
El límit elàstic representa el llindar més enllà del qual la deformació esdevé permanent-que reflecteix la capacitat del material per mantenir la seva forma i precisió dimensional i serveix com a veritable línia de base per a la tensió permesa en el disseny estructural.
1. Què és la resistència a la tracció (Rm / σb)?
Definició: esforç màxim que pot suportar un material abans de fracturar-se durant un assaig de tracció, mesurat en MPa. Representa la capacitat final del material per resistir la càrrega.
Importància de l'enginyeria:
La resistència a la tracció correspon al punt màxim de la corba de tensió-deformació. Més enllà d'aquest punt, el material comença a patir un coll localitzat i l'àrea efectiva de càrrega-disminueix ràpidament fins que es produeix la fractura.
Determina el "marge de seguretat màxim" del component-fins i tot si la sobrecàrrega localitzada fa que el material cedi, sempre que no se superi la resistència a la tracció, el material conserva la capacitat d'absorbir energia mitjançant la deformació plàstica (un factor crucial per al disseny de tolerància a danys-en components estructurals aeroespacials).
A la indústria de l'aliatge de titani, els graus de resistència especificats a les cotitzacions i acords tècnics-com ara Rm superior o igual a 400 MPa per al grau 2 (GR2) i Rm superior o igual a 895 MPa per al grau 5 (GR5) (barra recoberta)-es refereixen específicament a aquest paràmetre.
II. Què és el rendiment (Rp0.2 / σs o σ0.2)?
Definició: el nivell de tensió al qual un material comença a patir una deformació plàstica important (deformació irreversible i permanent). Com que la majoria d'aliatges de titani no presenten un altiplà de rendiment diferent, la pràctica d'enginyeria normalment utilitza la "resistència de prova de l'extensió plàstica (Rp0,2)"-definida com la tensió que produeix una deformació plàstica permanent del 0,2%-com a força elàstica.
Importància de l'enginyeria:
Per sota del límit elàstic, una peça torna a la seva forma original després de retirar la càrrega (interval de deformació elàstica); un cop superat el límit elàstic, la peça experimenta una deformació permanent i no torna al seu estat original.
Per a la gran majoria dels components estructurals, la resistència a la fluència serveix com a veritable referència de disseny. En l'anàlisi de tensions, la tensió permesa es calcula generalment dividint la resistència elàstica per un factor de seguretat (normalment 1,15–1,5 per a components aeroespacials i 1,5 per a recipients a pressió civils).
Exemple: la resistència elàstica del titani recuit de grau 5 (Ti-6Al-4V) és d'aproximadament 825 MPa, mentre que la seva resistència a la tracció oscil·la entre uns 895 i 1030 MPa. Si utilitzeu la xifra de 895 MPa en els vostres càlculs de disseny, esteu tractant la força final com la tensió admissible, un error crític.
Un punt comú de confusió: els aliatges de titani són materials d'"alta resistència específica"-la seva relació rendiment-resistència-a-densitat es troba entre les més altes de tots els metalls estructurals. Quan es calcula el pes durant la selecció del material, la força de fluència és el valor que s'ha d'utilitzar al numerador.
Factors que afecten la resistència a la tracció i el rendiment dels aliatges de titani
A partir de 15 anys d'experiència, he observat que els factors principals que influeixen en aquestes dues mètriques són:
Composició d'aliatge
Al, O, N i C augmenten la resistència però redueixen la ductilitat;
V, Mo, Nb, Cr i Fe estabilitzen la fase i influeixen en l'enfortiment mitjançant tractament tèrmic;
H (hidrogen) tendeix a provocar la fragilitat de l'hidrogen; tot i que no es reflecteix directament en els valors de resistència a la tracció, suposa un risc greu.
Elements d'impuresa
La força és molt sensible al contingut d'oxigen; nivells elevats d'oxigen augmenten la força però disminueixen la ductilitat i la duresa;
El nitrogen i el carboni també proporcionen efectes de reforç, però les quantitats excessives condueixen a la fragilitat.
Microestructura
Microestructura equiaxial: bona ductilitat i relativament bon rendiment a la fatiga;
Microestructura lamel·lar: Bona tenacitat a la fractura, però una ductilitat lleugerament menor;
Microestructura bimodal (dúplex): bon rendiment general;
La -fracció de fase, la -mida de la fase i la textura cristal·logràfica influeixen en el rendiment i la resistència a la tracció.
Tractament tèrmic
Recuit: resistència moderada i bona ductilitat;
Tractament de la solució i envelliment: precipita la fase -fina, augmentant significativament el rendiment i la resistència a la tracció;
-recuit: bona tenacitat, encara que la força pot disminuir;
Recuit-d'alleujament de tensió: afecta l'estrès residual i l'estabilitat dimensional.
Tecnologia de processament
Les línies de flux de forja, la direcció de rodament i la textura indueixen anisotropia;
Les propietats varien entre direccions longitudinal, transversal i de gruix;
L'enduriment per treball en fred augmenta la resistència però redueix la ductilitat.
Temperatura
L'augment de les temperatures condueix a una disminució tant de la resistència a la tracció com de la fluència;
La temperatura de servei-a llarg termini dels aliatges de titani és generalment limitada (p. ex., GR5 normalment es limita a menys de 350 graus per a un ús-a llarg termini);
La força augmenta a baixes temperatures, però la ductilitat i la tenacitat poden disminuir.
Espècimens i proves
L'ús d'un extensòmetre afecta significativament les mesures de la força elàstica;
L'alineació de la mostra (coaxialitat), la rugositat de la superfície, la velocitat de tensió i la ubicació del mostreig afecten els resultats;
Els aliatges de titani no presenten un punt de fluència diferent; mesurar Rp0,2 sense extensòmetre produeix resultats molt imprecisos.
Correu electrònic{0}:garychen3215@hotmail.com
Adreça: No.35, Baoti Rd, ciutat de Baoji, província de Shaanxi, Xina
Contacte: Sr. Gary Chen
Telèfon: +86-917-8883215
Mòbil/WhatsApp: +86 13092900605
