Alfa Titanyum Alaşımları: Yapı, Özellikler, Isıl İşlem

Alfa titanyum alaşımları esas olarak alfa fazı içerir ve tam alfa veya alfa-yakın olarak sınıflandırılır. Beta fazı çok az olan veya hiç bulunmayan bu alaşımlar, geleneksel ısıl işlemle güçlendirilemez; katı çözeltileştirme ve tane inceltme, başlıca güçlendirme mekanizmalarıdır. Al, O, Zr, Sn ve Si önemli katkı elementleridir. Alüminyum, kırılgan düzenli alfa2 (Ti3Al) fazını sınırlamak için genellikle 6% seviyesinin altında tutulur; oksijen, güçlü bir ara boşluk takviyesi sağlar ancak sünekliliği azaltır; alfa-yakın alaşımlarda ise sünme direncini artırmak için silikon kullanılır.

Ticari Olarak Saf Titanyum

Ticari Saf Titanyum (CP Titanyum), uluslararası alanda genellikle ASTM 1–4 Sınıfları olarak sınıflandırılır; ancak bunlar, Çin sınıflarının bire bir karşılığı olmaktan ziyade yalnızca genel bir çerçeve olarak sunulmaktadır.

Tamamen Alfa Mikroyapılar

Tam alfa alaşımları, kaynaklanabilirlik, korozyon direnci, süneklik, çentik tokluğu ve −253 °C’ye kadar düşük bir süneklik-kırılganlık geçiş sıcaklığı sunar. Eşeksenli taneler, alfa-beta işleme ve ardından yeniden kristalleştirme tavlamasının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Mukavemet, tane boyutu inceltilmesiyle artar; en düşük oksijenli CP sınıfı için kaynak ilişkisi, akma mukavemeti = 231 MPa + 10,5d şeklindedir.^−1/2. Beta fazından hızlı soğutma, iğne veya çıta şeklinde alfa-prime martensit oluştururken, yavaş soğutma ise iri lameller koloniler oluşturur. Lameller yapılar, daha düşük çekme ve yorulma mukavemeti ile süneklik karşılığında daha iyi kırılma tokluğu ve sünme direnci sağlar.

Ti-5Al-2,5Sn, yüksek kriyojenik mukavemet ve tokluk özelliklerini bir araya getirir ve −253 °C civarında sıvı azot depolamada kullanılır.

Alfa’ya Yakın Alaşımlar

Neredeyse alfa fazlı alaşımlar, gaz türbini kompresörlerinde kullanım için yaklaşık 600 °C’ye kadar sünme ve oksidasyon direnci ile mukavemet sağlar. Örnekler arasında Ti-1100, IMI 834 ve BT18y sayılabilir. Az miktarda Mo, Nb veya V ilaveleri, sınırlı beta fazı sayesinde dövülebilirliği artırır; Zr ve Sn, alfa fazını güçlendirirken, Si, C ve nadir toprak elementleri ilaveleri sünmeyi iyileştirebilir.

Alfa-beta alanında yapılan dövme ve ısıl işlem, birincil eşeksenli alfa ile ikincil lameller alfa içeren dönüştürülmüş betadan oluşan iki modlu bir yapı ortaya çıkarabilir. Bu yapı, sünme, kırılma tokluğu ve yorulma özellikleri arasında bir denge sağlar.

Beta çözeltisi işleminden sonra daha hızlı soğutma, daha ince alfa çıtaları, daha yüksek mukavemet ve daha düşük sünekliğe yol açar. Beta içeriğinin artırılması, IMI 834’te sünmeyi iyileştirebilir ancak yorulma performansını düşürebilir. Yaşlandırma veya uzun süreli maruz kalma, düzenli alfa2 ve Ti5Si3 silisitlerinin çökelmesine neden olarak oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıktaki mukavemeti artırırken sünekliği azaltır.