Titaanin mekaaniset ominaisuudet

1. Puhtaan titaanin vetolujuus on 265–353 MPa ja yleisten titaaniseosten vetolujuus on 686–1176 MPa, tällä hetkellä jopa 1764 MPa. Titaaniseokset ovat yhtä vahvoja kuin monet teräkset, mutta teräksen ominaislujuus on paljon huonompi kuin titaaniseokset.

2. Titaanin ja titaaniseosten puristuslujuus ei ole pienempi kuin sen vetolujuus. Teollisen puhtaan titaanin puristusmyötöraja ja murtolujuus ovat suunnilleen samat, kun taas Ti-6AI-4V:n ja Ti-5AI-2.5Sn:n puristuslujuus on hieman suurempi kuin vetolujuus.

3. Leikkauslujuus on yleensä 60 prosenttia - 70 prosenttia vetolujuudesta. Titaanin ja titaaniseoslevyjen puristusmyötöraja on noin 1,2-2,0 kertaa vetolujuus.

4. Normaalissa ilmakehässä käsitellyn ja hehkutetun titaanin ja titaaniseosten kestävyysraja on 0,5 - 0,65 vetolujuutta. Kun siihen tehdään 10 miljoonaa väsymiskoetta lovetussa tilassa (Kt=3.9), hehkutetun Ti-6AI-4V:n kestävyysraja on 0,2 kertaa vetolujuus vahvuus.

5. Teollisesti puhtaan titaanin korkeimman puhtausluokan kovuus on yleensä alle 120HB (Brinnell-kovuus), ja muun teollisesti puhtaan titaanin kovuus on 200-295HB. Puhtaan titaanivalujen kovuus on 200 ~ 220 HB. Titaaniseoksen kovuusarvo hehkutetussa tilassa on 32 ~ 38 HRC (Rockwell), mikä vastaa 298 ~ 349 HB. Valettujen Ti-5Al-2.5Sn:n ja Ti-6AI-4V:n kovuus on 320 HB ja pienivälisten epäpuhtauksien Ti{{18} }Al-4V-valut on 310 HB.

6. Teollisen puhtaan titaanin vetokimmokerroin on 105 ~ 109 GPa. Useimpien titaaniseosten vetokimmomoduuli hehkutetussa tilassa on 110-120 GPa. Ikäkarkaistujen titaaniseosten vetokimmomoduuli on hieman korkeampi kuin hehkutetussa tilassa, ja puristuskimmomoduuli on yhtä suuri tai suurempi kuin vetokimmomoduuli. Titaaniseoksen ominaiskimmokerroin on sama kuin alumiiniseoksella, toiseksi vain berylliumin, molybdeenin ja joidenkin korkean lämpötilan metalliseosten jälkeen.

7. Teollisen puhtaan titaanin vääntö- tai leikkausmoduuli on 46 GPa ja titaaniseoksen leikkausmoduuli on 43 ~ 51 GPa. Titaaniseosten lujuuden parantamiseksi rakopitoisuuden lisäämisellä on haitallisia vaikutuksia seoksen iskunkestävyyteen ja murtolujuuteen. Titaaniseoksen tyypistä ja tilasta riippuen denaturoidun teollisen puhtaan titaanin Charpy-iskulujuusarvo on 15 ~ 54 J/㎡, ja se on noin 4 ~ 10 J/㎡ valutilassa. Titaaniseoksen iskulujuus hehkutetussa tilassa on 13–25,8 J/㎡, ja vanhentuneessa tilassa se on hieman pienempi. Ti-5AI-2.5Sn:n Charpyn V-iskulujuus valutilassa on 10J/㎡ ja Ti-6AI-4V:n iskulujuus on 20~ 23J/㎡. Mitä pienempi titaaniseosten happipitoisuus on, sitä korkeampi tämä arvo.

8. Monilla titaaniseoksilla on korkea murtolujuus, eli toisin sanoen titaaniseoksilla on hyvä kestävyys halkeamien etenemistä vastaan. Hehkutettu Ti-6AI-4V on materiaali, jolla on erinomainen sitkeys. Kun lovikonsentraatiokerroin Kt=25.4mm, lovetun vetolujuuden suhde ei-lovilliseen vetolujuuteen on suurempi kuin 1.

9. Titaaniseokset voivat säilyttää tietyt ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa. Yleensä teolliset titaaniseokset voivat säilyttää ominaisuutensa 540 asteen lämpötilassa, mutta niitä voidaan käyttää vain lyhyen aikaa. Riittävä lämpötila-alue pitkäksi ajaksi on 450-480 astetta. Titaaniseokset on kehitetty käytettäväksi 600 asteen lämpötiloissa. Ohjusmateriaalina titaaniseosta voidaan käyttää 540 asteen lämpötilassa pitkään ja 760 asteen lämpötilassa lyhyen aikaa.

10. Titaani ja titaaniseokset voivat edelleen säilyttää alkuperäiset mekaaniset ominaisuutensa matalissa ja erittäin matalissa lämpötiloissa. Kun lämpötila laskee, titaanin ja titaaniseosten lujuus kasvaa edelleen, samalla kun sitkeys vähitellen huononee. Monilla hehkutetuilla titaaniseoksilla on myös riittävä sitkeys ja murtolujuus -195,5 asteessa. Ti-5AI-2.5Sn, joka sisältää erittäin vähän välielementtejä, voidaan käyttää -252.7 asteessa . Sen lovetun vetolujuuden suhde ei-lovilliseen vetolujuuteen on 0,95-1,15 -25,7 asteessa.

Nestemäinen happi, nestemäinen vety ja nestemäinen fluori ovat tärkeitä ponneaineita ohjuksissa ja avaruuslaitteissa. Kryogeenisten kaasusäiliöiden ja kryogeenisten rakenneosien valmistukseen käytettävien materiaalien alhaisen lämpötilan ominaisuudet ovat erittäin tärkeitä. Kun mikrorakenne on tasakeskeinen ja interstitiaalisten alkuaineiden (happi, helium, vety jne.) pitoisuus on hyvin alhainen, titaaniseosten sitkeys on edelleen yli 5 prosenttia. Useimmilla titaaniseoksilla on huono sitkeys -252,7 asteessa, kun taas Ti-6AI-4V:n venymä saavuttaa 12 prosenttia.

Yllä oleva sisältö on kopioitu Titanium Housesta