1. Phạm vi nhiệt độ sử dụng của hợp kim titan cấp 5
Hợp kim titan loại 5 thể hiện các đặc tính cơ học ổn định và tính toàn vẹn của cấu trúc vi mô trong khoảng nhiệt độ xác định và nhiệt độ sử dụng của nó thường được chia thành các trường hợp sử dụng liên tục dài hạn và các kịch bản sử dụng cao điểm ngắn hạn.
(1) Nhiệt độ làm việc liên tục trong thời gian dài
Đối với các ứng dụng yêu cầu hiệu suất ổn định trong thời gian dài (ví dụ: 10,000+ giờ hoạt động liên tục), nhiệt độ sử dụng lâu dài tối đa được đề xuất là 315 độ (600 độ F). Ở nhiệt độ này, cấu trúc vi mô + pha kép của hợp kim vẫn ổn định về nhiệt, không có hiện tượng thô hóa đáng kể của pha hoặc suy giảm khả năng chống rão. Nó có thể giữ lại hơn 80% độ bền kéo ở nhiệt độ phòng và duy trì hiệu suất mỏi đáng tin cậy, khiến nó phù hợp với các bộ phận kết cấu trong vỏ bọc hàng không vũ trụ, máy nén công nghiệp và thiết bị hàng hải hoạt động dưới tải nhiệt vừa phải.
(2) Nhiệt độ làm việc cao điểm ngắn hạn
Trong các tình huống liên quan đến việc tiếp xúc với nhiệt độ cao không liên tục (ví dụ: tăng nhiệt đột ngột trong động cơ hàng không vũ trụ hoặc hệ thống ống xả), hợp kim titan cấp 5 có thể chịu được dịch vụ ngắn hạn ở nhiệt độ lên tới 400–450 độ (752–842 độ F). Ở 400 độ, nó vẫn duy trì đủ độ bền kéo (khoảng 520 MPa sau 1.000 giờ) và khả năng chống rão để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của các bộ phận nhiệt độ cao không tới hạn. Tuy nhiên, việc tiếp xúc kéo dài trên 400 độ sẽ đẩy nhanh quá trình thô của pha, dẫn đến sự suy giảm nhanh chóng về độ bền và độ dẻo, đồng thời làm tăng nguy cơ biến dạng từ biến và mất ổn định cấu trúc vi mô. Do đó, nhiệt độ vượt quá 450 độ không được khuyến nghị trong bất kỳ thời gian sử dụng nào vì chúng sẽ gây ra thiệt hại không thể phục hồi đối với hiệu suất của hợp kim.
2. Khả năng xử lý nhiệt của hợp kim Titan loại 5
Hợp kim titan loại 5 là hợp kim + có thể xử lý nhiệt và các đặc tính cơ học của nó có thể được tăng cường đáng kể thông qua quá trình xử lý dung dịch và lão hóa (STA). Là hợp kim hai pha, cơ chế xử lý nhiệt của nó dựa vào việc kiểm soát sự kết tủa và phân bổ pha trong nền để điều chỉnh cường độ, độ cứng và độ dẻo.
(1) Quy trình xử lý nhiệt lõi: Xử lý dung dịch + Lão hóa (STA)
Xử lý dung dịch: Hợp kim được nung nóng đến 940–955 độ (trên nhiệt độ + nhiệt độ dịch chuyển nhưng thấp hơn nhiệt độ dịch chuyển hoàn toàn), giữ trong thời gian đủ để hòa tan các nguyên tố hợp kim và đồng nhất cấu trúc vi mô, sau đó làm nguội nhanh (ví dụ: làm mát bằng nước hoặc dầu) để giữ lại dung dịch rắn siêu bền siêu bão hòa.
Xử lý lão hóa: Hợp kim đã được làm nguội được nung lại ở nhiệt độ 480–600 độ và giữ trong vài giờ. Trong quá trình này, các hạt mịn, phân tán đồng đều sẽ kết tủa và phát triển trong chất nền, đây là cơ chế tăng cường chính.
(2) Ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến tính chất
Sau khi xử lý STA, độ bền kéo của hợp kim titan loại 5 có thể tăng từ trạng thái ủ (khoảng 900 MPa) lên 1.100–1.300 MPa và cường độ năng suất có thể đạt 1.000–1.200 MPa, với độ dẻo giảm nhẹ (độ giãn dài 6–10%). Trạng thái cường độ cao này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chịu tải cao như ốc vít hàng không vũ trụ, cánh tuabin và thiết bị cấy ghép y tế. Ngoài STA, ủ (700–785 độ) và giảm căng thẳng (480–650 độ) là các quy trình xử lý nhiệt phổ biến. Ủ cải thiện độ dẻo và khả năng gia công, trong khi giảm ứng suất làm giảm ứng suất dư từ chế tạo hoặc hàn.
Tóm lại, hợp kim titan Loại 5 có nhiệt độ sử dụng lâu dài là 315 độ và nhiệt độ cao nhất trong thời gian ngắn là 400–450 độ, đồng thời nó có thể được tăng cường hiệu quả thông qua xử lý dung dịch và lão hóa, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng hiệu suất cao đòi hỏi sự cân bằng về độ bền, khả năng chịu nhiệt độ và khả năng xử lý.
