1. Rozsah provozních teplot titanové slitiny 5. třídy
Titanová slitina třídy 5 vykazuje stabilní mechanické vlastnosti a mikrostrukturální integritu v rámci definovaného teplotního okna a její provozní teplota se obvykle dělí na scénáře dlouhodobého nepřetržitého provozu a krátkodobého špičkového provozu.
(1) Teplota dlouhodobého nepřetržitého provozu
Pro aplikace vyžadující stabilní výkon po delší dobu (např. 10,000+ hodin nepřetržitého provozu) je doporučená maximální dlouhodobá provozní teplota 315 stupňů (600 stupňů F). Při této teplotě zůstává dvoufázová + mikrostruktura slitiny tepelně stabilní, bez výrazného zhrubnutí fáze nebo zhoršení odolnosti proti tečení. Dokáže si zachovat více než 80 % své pevnosti v tahu při pokojové teplotě a udržet si spolehlivý únavový výkon, díky čemuž je vhodný pro konstrukční součásti leteckých gondol, průmyslových kompresorů a námořních zařízení, která pracují při mírném tepelném zatížení.
(2) Krátkodobá špičková provozní teplota
Ve scénářích zahrnujících občasné vystavení vysokým teplotám (např. přechodné tepelné skoky v leteckých motorech nebo výfukových systémech) může titanová slitina třídy 5 odolat krátkodobému provozu při teplotách až 400–450 stupňů (752–842 stupňů F). Při 400 stupních si stále zachovává dostatečnou pevnost v tahu (přibližně 520 MPa po 1 000 hodinách) a odolnost proti tečení pro splnění požadavků na výkon nekritických vysokoteplotních součástí. Avšak dlouhodobé vystavení nad 400 stupňů urychlí zhrubnutí fáze, což povede k rychlému poklesu pevnosti a tažnosti a zvýší riziko creepové deformace a mikrostrukturální nestability. Teploty přesahující 450 stupňů se proto nedoporučují pro jakoukoli dobu provozu, protože způsobí nevratné poškození výkonu slitiny.
2. Tepelná zpracovatelnost titanové slitiny 5. třídy
Titanová slitina 5. třídy je tepelně zpracovatelná + slitina a její mechanické vlastnosti lze výrazně zlepšit procesem zpracování roztoku a stárnutí (STA). Vzhledem k tomu, že jde o dvoufázovou slitinu, její mechanismus tepelného zpracování spoléhá na řízení precipitace a distribuce fáze v matrici za účelem úpravy pevnosti, tvrdosti a tažnosti.
(1) Proces tepelného zpracování jádra: ošetření roztokem + stárnutí (STA)
Ošetření roztokem: Slitina se zahřeje na 940–955 stupňů (nad + teplotu transu, ale pod plným transem), udržuje se po dostatečnou dobu, aby se rozpustily legující prvky a homogenizovala mikrostruktura, následuje rychlé kalení (např. chlazení vodou nebo olejem), aby se zachoval přesycený metastabilní pevný roztok.
Ošetření stárnutím: Kalená slitina se znovu zahřeje na 480–600 stupňů a udržuje se několik hodin. Během tohoto procesu se jemné, rovnoměrně rozptýlené precipitáty tvoří jádra a rostou v matrici, což je primární zpevňující mechanismus.
(2) Vliv tepelného zpracování na vlastnosti
Po úpravě STA lze pevnost v tahu titanové slitiny Grade 5 zvýšit z žíhaného stavu (přibližně 900 MPa) na 1 100–1 300 MPa a mez kluzu může dosáhnout 1 000–1 200 MPa, s mírným snížením tažnosti (tažnost o 6–10 %). Tento stav s vysokou pevností je široce používán v aplikacích s vysokým zatížením, jako jsou letecké spojovací prvky, lopatky turbín a lékařské implantáty. Kromě STA jsou běžnými procesy tepelného zpracování žíhání (700–785 stupňů) a odlehčení pnutí (480–650 stupňů). Žíhání zlepšuje tažnost a obrobitelnost, zatímco odlehčení napětí snižuje zbytková napětí z výroby nebo svařování.
Stručně řečeno, slitina titanu třídy 5 má dlouhodobou provozní teplotu 315 stupňů a krátkodobou špičkovou teplotu 400–450 stupňů a lze ji účinně zpevnit úpravou roztokem a stárnutím, což z ní činí ideální materiál pro vysoce výkonné aplikace vyžadující rovnováhu mezi pevností, teplotní odolností a zpracovatelností.
