1. Kekuatan Kelelahan Paduan Titanium
Karakteristik Utama Kekuatan Kelelahan Paduan Titanium
Untuk Ti-6Al-4V yang dianil (paduan titanium yang paling banyak ditemukan), kekuatan lelah pada suhu ruangan (pada siklus 10⁷, R=-1, dengan R adalah rasio tegangan tegangan minimum dan maksimum) berkisar dari300–400 MPa, dengan beberapa-varian yang diberi perlakuan panas mencapai 450–500 MPa. Nilai ini jauh lebih tinggi dibandingkan baja tahan karat 304 (≈170 MPa) dan aluminium 6061-T6 (≈90 MPa) pada kondisi pengujian yang sama, sehingga menjadikan Ti-6Al-4V ideal untuk aplikasi kelelahan siklus tinggi (HCF).
Untuk paduan titanium berkekuatan-tinggi (misalnya, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2.5Sn), kekuatan lelah dapat melebihi 500 MPa dalam kondisi solution-treated and aged (STA), karena fase presipitasi halus dalam struktur mikronya menghambat pergerakan dislokasi dan inisiasi retak.
Paduan-fasa ganda (+ ) (misalnya, Ti-6Al-4V): Keseimbangan/struktur mikronya memberikan ketahanan lelah yang optimal. Fase -berkontribusi terhadap kekuatan dan ketahanan terhadap perambatan retak, sedangkan fase -meningkatkan keuletan dan menghambat inisiasi retak. Namun,-penuaan yang berlebihan atau pengerjaan dingin yang berlebihan dapat membuat partikel fase menjadi kasar atau menimbulkan tegangan sisa, sehingga mengurangi kekuatan lelah sebesar 10–20%.
paduan (misalnya, Ti-5Al-2.5Sn): Paduan ini memiliki kinerja-kelelahan siklus rendah (LCF) yang sangat baik karena struktur mikro fase -HCP yang stabil, dengan umur LCF (pada Δσ/2=500 MPa) melebihi 10⁴ siklus. Mereka banyak digunakan dalam-komponen ruang angkasa bersuhu rendah.
paduan (misalnya, Ti-10V-2Fe-3Al): Dengan struktur fasa -BCC sepenuhnya, paduan ini menawarkan ketahanan retak lelah yang tinggi (da/dN ≈ 10⁻⁸ m/siklus pada ΔK=20 MPa·m¹/²) dan cocok untuk komponen dalam kondisi beban-dinamis tinggi (misal, poros rotor helikopter).
Kelelahan lingkungan korosif (CAF): Dalam media yang mengandung air laut atau klorida, paduan titanium mempertahankan kinerja kelelahan yang jauh lebih baik dibandingkan baja atau aluminium, karena lapisan oksida pasifnya mencegah timbulnya retakan akibat korosi. Kekuatan lelah Ti-6Al-4V dalam air laut hanya menurun sebesar 5–10% (menjadi ≈350 MPa pada siklus 10⁷), sedangkan baja tahan karat 304 mengalami penurunan sebesar 50% akibat korosi lubang.
Sensitivitas kondisi permukaan: Cacat permukaan (misalnya bekas pemesinan, retakan mikro) dan kontaminasi hidrogen merupakan pemicu utama kegagalan kelelahan. Shot peening atau anodisasi dapat meningkatkan kekuatan lelah sebesar 20–30% dengan memberikan tegangan sisa tekan dan meningkatkan pasivasi permukaan. Sebaliknya, penggetasan hidrogen dapat mengurangi umur lelah hingga 50% dengan mendorong pertumbuhan retakan antar butir pada suhu rendah.
Pada suhu kriogenik (misalnya -196 derajat ), kekuatan lelah Ti-6Al-4V meningkat menjadi450–500 MPakarena peningkatan ikatan atom dan berkurangnya mobilitas dislokasi, tanpa transisi perilaku lelah-ke-yang getas.
Pada suhu tinggi (hingga 300 derajat ), kekuatan lelahnya tetap di atas 250 MPa (10⁷ siklus), namun di atas 400 derajat , oksidasi dan pelunakan batas butir menyebabkan penurunan yang cepat (kehilangan 30–40% kekuatan lelah suhu-suhu ruangan pada 500 derajat ).
2. Sifat Creep dari Paduan Titanium
Karakteristik Utama Kinerja Creep Paduan Titanium
+ paduan (misalnya, Ti-6Al-4V): Suhu layanan creep jangka panjang-maksimumnya adalah300–350 derajat. Pada tegangan 300 derajat dan 200 MPa, laju mulur keadaan tunak kurang dari atau sama dengan 10⁻⁸ s⁻¹, dan deformasi mulur kurang dari 0,1% setelah paparan 10.000 jam-cukup untuk bilah kompresor mesin pesawat dan komponen struktural pada pesawat subsonik. Di atas 400 derajat , laju mulur meningkat tajam (melebihi 10⁻⁶ s⁻¹ pada 450 derajat /200 MPa) karena -pengkasaran fase dan geseran batas butir.
paduan (misalnya, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo): Paduan ini memiliki ketahanan mulur tertinggi di antara paduan titanium, dengan-suhu penggunaan jangka panjang400–500 derajat. Misalnya, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo pada 450 derajat dan 250 MPa memiliki laju mulur kondisi tunak kurang dari atau sama dengan 5×10⁻⁹ s⁻¹ dan masa pecah melebihi 100.000 jam, sehingga cocok untuk suku cadang mesin dirgantara bersuhu tinggi.
paduan: Ketahanan mulurnya lebih rendah dibandingkan paduan dan +, dengan suhu layanan maksimum 300–350 derajat , karena fase -BCC memiliki mobilitas atom yang lebih tinggi dan rentan terhadap deformasi mulur di bawah tekanan jangka panjang.
Pada suhu rendah (<400°C) and high stresses, creep is dominated by dislokasi memanjat dan meluncurdalam fase -, dengan fase -bertindak sebagai penghalang gerakan dislokasi (meningkatkan ketahanan mulur pada paduan-fase ganda).
At high temperatures (>450 derajat),geseran batas butir dan mulur difusimenjadi dominan. paduan dengan butiran halus dan terdistribusi merata serta elemen padat-larutan-yang diperkuat (Al, Sn, Zr) menahan geser batas butir secara efektif, sehingga menghasilkan kinerja mulur suhu tinggi yang unggul.
Perlakuan panas memainkan peran penting: Perlakuan larutan yang diikuti dengan penuaan (STA) untuk paduan + mengendapkan partikel fase -halus dalam matriks -, yang menyematkan dislokasi dan mengurangi laju mulur sebesar 50–70% dibandingkan dengan keadaan anil.
Di atmosfer pengoksidasi, pembentukan film pasif TiO₂-Al₂O₃ yang padat pada paduan titanium (terutama yang memiliki kandungan Al tinggi) menghambat difusi oksigen dan mengurangi penggetasan mulur. Namun, pada suhu di atas 550 derajat, lapisan oksida menjadi berpori, memungkinkan oksigen menembus matriks dan membentuk "kotak alfa" yang rapuh, yang mempercepat patahan mulur.
Dalam lingkungan yang-mengandung hidrogen, penyerapan hidrogen meningkatkan laju mulur dengan meningkatkan mobilitas dislokasi dan keretakan antar butir, sehingga membatasi umur mulur paduan titanium di atmosfer tersebut sebesar 20–30%.
