Десять механических свойств титана

Прочность на растяжение чистого титана составляет 265 ~ 353 МПа, а общего титанового сплава составляет 686 ~ 1176 МПа, а текущий максимум может достигать 1764 МПа. Титановые сплавы сопоставимы по прочности со многими сталями, но удельная прочность сталей намного меньше, чем у титановых сплавов....

Прочность на растяжение чистого титана составляет 265 ~ 353 МПа, а общего титанового сплава составляет 686 ~ 1176 МПа, а текущий максимум может достигать 1764 МПа. Титановые сплавы сопоставимы по прочности со многими сталями, но удельная прочность сталей намного меньше, чем у титановых сплавов.

Прочность на сжатие титана и титановых сплавов не ниже их прочности на растяжение. Пределы сжатия и предела текучести промышленного чистого титана примерно равны, в то время как прочность на сжатие Ti-6AI-4V и Ti-5AI-2.5Sn немного выше, чем прочность на растяжение.

Прочность на сдвиг обычно составляет от 60% до 70% от прочности на растяжение. Предел текучести титана и листов титанового сплава составляет примерно в 1,2-2,0 раза больше прочности на растяжение.

В нормальной атмосферной атмосфере предел прочности обрабатываемого и отожженного титана и титановых сплавов составляет от 0,5 до 0,65 прочности на растяжение. Предел прочности отожженного Ti-6AI-4V в 0,2 раза превышает прочность на растяжение при прохождении 10 миллионов усталостных испытаний в зубчатом состоянии (Kt = 3,9).

Твердость обработанного промышленного чистого титана высшей чистоты обычно составляет менее 120 ГБ (твердость по Бринеллю), а твердость другого промышленного чистого обработанного титана составляет от 200 до 295 ГБ. Твердость чистых титановых отливок составляет 200-220HB. Значение твердости титанового сплава в отожженном состоянии составляет 32-38HRC (По Роквеллу), что эквивалентно 298-349HB. Твердость литых Ti-5Al-2.5Sn и Ti-6AI-4V составляет 320HB, а твердость литья с низкой интерстициальной примесью Ti-6Al-4V составляет 310HB.

Модуль упругости растяжения промышленного чистого титана составляет от 105 до 109 ГПа. Модуль упругости растяжения большинства титановых сплавов в отожженном состоянии составляет от 110 до 120 ГПа. Закаленный в старении титановый сплав имеет несколько более высокий модуль упругости растяжения, чем в отожженном состоянии, а модуль упругости сжатия равен или больше модуля упругости растяжения. Удельный модуль упругости титанового сплава равен упругому алюминиевого сплава, уступая только бериллию, молибдену и некоторым суперсплавам.

Модуль кручения или сдвига промышленного чистого титана составляет 46 ГПа, а модуль сдвига титанового сплава составляет 43-51 ГПа. В целях повышения прочности титановых сплавов увеличение содержания интерстициалов окажет пагубное влияние на ударопрочность и ударную вязкость сплава. В зависимости от типа и состояния титановых сплавов ударная вязкость денатурированного промышленного чистого титана составляет 15-54 Дж/㎡, и около 4-10 Дж/㎡ в литом состоянии. Ударная вязкость титанового сплава в отожженном состоянии составляет 13-25,8 Дж/㎡, а состояние старения несколько ниже. Ударная вязкость V-образной выемки Charpy в качестве литья Ti-5AI-2.5Sn составляет 10J/㎡, а Ti-6AI-4V - 20-23J/㎡. Чем ниже содержание кислорода в титановых сплавах, тем выше значение.

Многие титановые сплавы имеют высокую ударную вязкость, или способность титановых сплавов противостоять распространению трещин очень хорошая. Отожженный Ti-6AI-4V является материалом с отличной ударной вязкостью. При коэффициенте концентрации насечки Kt=25,4 мм отношение прочности на растяжение с насечкой к прочности на растяжение без насечки превышает 1.

Титановые сплавы могут сохранять определенные свойства при высоких температурах. Общепромышленные титановые сплавы могут сохранять свои свойства при температуре 540 °C, но только для краткосрочного применения, а температурный диапазон в течение длительного времени составляет 450-480 °C. Разработаны титановые сплавы для использования при температурах до 600 °C. В качестве ракетного материала титановый сплав может использоваться в течение длительного времени при температуре 540 °C, а также может использоваться в течение короткого времени при температуре 760 °C. Высокотемпературные свойства ряда титановых сплавов приведены в таблице 2-7.

(10) Титан и титановые сплавы все еще могут сохранять свои первоначальные механические свойства при низких и сверхнизких температурах. По мере снижения температуры прочность титана и титановых сплавов непрерывно увеличивается, в то время как пластичность постепенно ухудшается. Многие отожженные титановые сплавы также обладают достаточной пластичностью и ударной вязкостью при -195,5°C. Ti-5AI-2.5Sn со сверхнизкими интерстициальными элементами может использоваться при -252,7°C. Отношение его прочности на растяжение с насечкой к прочности на растяжение без выемки составляет от 0,95 до 1,15 при -25,7°C.

Жидкий кислород, жидкий водород и жидкий фтор являются важными пропеллентами в ракетах и космических устройствах. Очень важны низкотемпературные свойства материалов, используемых для изготовления низкотемпературных газовых контейнеров и низкотемпературных конструкций. Когда микроструктура равноосная и содержание интерстициальных элементов (кислорода, гелия, водорода и т.д.) очень низкое, пластичность титановых сплавов все равно выше 5%. Большинство титановых сплавов имеют плохую пластичность при -252,7°C, в то время как Ti-6AI-4V достигает 12% удлинения.