Titanová slitina třídy 5, známá také jako Ti-6Al-4V, je nejrozšířenější titanová slitina v leteckém, automobilovém, lékařském, námořním a vysoce výkonném konstrukčním oboru. Jednou z jeho nejatraktivnějších výhod je vynikající odolnost proti únavě, zejména při cyklickém namáhání, korozivním prostředí a zvýšených teplotách. Jeho únavové chování silně souvisí s tepelným zpracováním, stavem povrchu, typem zatížení a výrobním procesem. Níže je podrobné vysvětlení jeho únavového výkonu.
Nejprve se únavová pevnost Ti-6Al-4V typicky vyhodnocuje pomocí křivky S-N při cyklickém zatížení tahem-tlak nebo ohybem.
Pro žíhaný Ti-6Al-4V je mez výdrže (mez únavy při 107 cyklech) cca.
přibližně 450–500 MPa při axiálním zatížení. Při rotačním ohybu je hodnota mírně vyšší, obecně 495–575 MPa. Tato úroveň je výrazně vyšší než u mnoha ocelí a hliníkových slitin při stejné hustotě, takže je ideální pro lehké konstrukční díly vystavené dlouhodobým vibracím a zátěžovým cyklům.
Tepelné zpracování má pozoruhodný vliv na výkonnost při únavě.
Roztok ošetřený a stárnutý (STA) Ti-6Al-4V má vyšší pevnost v tahu a kluzu, takže jeho vysokocyklová únavová pevnost může dosáhnout 550–630 MPa, což je asi o 10 % více než žíhaný stav. Protože se však tažnost a houževnatost mírně snižují, může být snížena jeho odolnost proti růstu trhlin. Naproti tomu žíhaný stav poskytuje lepší odolnost proti šíření únavových trhlin a je stabilnější při zatížení s proměnnou amplitudou, takže je preferován v aplikacích, kde musí být riziko lomu minimalizováno.
Za druhé, rychlost růstu únavových trhlin je klíčovým ukazatelem spolehlivosti konstrukce.
Ti-6Al-4V má ve srovnání s většinou konstrukčních kovů nízkou rychlost růstu únavových trhlin. Za typických okolních podmínek se rychlost růstu trhlin da/dN řídí Pařížským zákonem s relativně nízkým koeficientem. To znamená, že i když existují malé vady, slitina je může tolerovat bez náhlého selhání během velkého počtu cyklů. Tato vlastnost je kritická pro letecké součásti, jako jsou lopatky turbín, části podvozku a konstrukce trupu letadla.
Dalším důležitým faktorem je stav povrchu. Leštěné nebo brokované povrchy výrazně zlepšují únavovou životnost. Brokování zavádí tlakové zbytkové napětí na povrchu, které účinně potlačuje iniciaci trhlin a může zvýšit únavovou pevnost o 90–125 MPa. Naproti tomu drsné povrchy, stopy po obrábění nebo zářezy působí jako zvýšení napětí a mohou snížit únavový výkon o 30 % nebo více. Proto se důrazně doporučuje povrchová úprava pro aplikace s vysokou únavou.
Pokud jde o účinky na životní prostředí, titan třídy 5 si zachovává vynikající odolnost proti únavě v korozivním prostředí, jako je mořská voda, solná mlha a mírně kyselé nebo alkalické podmínky.
Na rozdíl od oceli netrpí v chloridovém prostředí závažnou korozně-únavovou degradací. Díky tomu je první volbou pro námořní komponenty, offshore struktury a chirurgické implantáty. Při mírně zvýšených teplotách (kolem 150–200 stupňů) se únavová pevnost mírně snižuje, ale zůstává lepší než u mnoha hliníkových slitin.
shrnuto,Titanová slitina třídy 5 vykazuje vynikající pevnost při vysokocyklové únavě, dobrou odolnost proti růstu trhlin a vysokou odolnost proti únavě prostředí. Správné tepelné zpracování a vylepšení povrchu může dále optimalizovat jeho únavové chování. Tyto vlastnosti vysvětlují, proč Ti-6Al-4V zůstává nenahraditelný v součástech, které vyžadují nízkou hmotnost, vysokou pevnost a ultra vysokou odolnost při dlouhodobém cyklickém zatížení.
