Az 5-ös fokozatú titánötvözet, más néven Ti-6Al-4V, a legszélesebb körben használt titánötvözet a repülőgépiparban, az autóiparban, az orvostudományban, a tengerészetben és a nagy teljesítményű szerkezeti területeken. Egyik legvonzóbb előnye a kiváló fáradtságállósága, különösen ciklikus terhelés, korrozív környezet és magas hőmérséklet esetén. Fáradási viselkedése erősen összefügg a hőkezeléssel, a felület állapotával, a terhelés típusával és a gyártási folyamattal. Az alábbiakban részletes magyarázatot adunk a fáradási teljesítményéről.
Először is, a Ti-6Al-4V kifáradási szilárdságát általában az S-N görbe segítségével értékelik ciklikus húzó-nyomó vagy hajlító terhelések mellett.
A lágyított Ti-6Al-4V esetében a tartóssági határ (fáradási határ 107 ciklusnál) kb.
kb. 450-500 MPa axiális terhelés mellett. Forgó hajlítás esetén az érték valamivel magasabb, általában 495–575 MPa. Ez a szint lényegesen magasabb, mint sok azonos sűrűségű acél és alumíniumötvözet, így ideális könnyű szerkezeti elemekhez, amelyek hosszú távú vibrációnak és terhelési ciklusoknak vannak kitéve.
A hőkezelésnek jelentős hatása van a fáradtsági teljesítményre.
Az oldattal kezelt és öregített (STA) Ti-6Al-4V szakítószilárdsága és folyáshatára nagyobb, így nagy ciklusú kifáradási szilárdsága elérheti az 550-630 MPa-t, ami körülbelül 10%-kal magasabb, mint a lágyított állapotnál. Mivel azonban a hajlékonyság és a szívósság enyhén csökken, a repedésnövekedéssel szembeni ellenállása csökkenhet. Ezzel szemben a lágyított állapot jobb kifáradási repedésterjedési ellenállást biztosít, és stabilabb változó amplitúdójú terhelés mellett, ezért előnyös olyan alkalmazásokban, ahol a törés kockázatát minimálisra kell csökkenteni.
Másodszor, a kifáradási repedések növekedési üteme a szerkezeti megbízhatóság kulcsmutatója.
A Ti-6Al-4V a legtöbb szerkezeti fémhez képest alacsony kifáradási repedésnövekedési sebességgel rendelkezik. Tipikus környezeti feltételek mellett a da/dN repedésnövekedési sebesség a párizsi törvényt követi, viszonylag alacsony együtthatóval. Ez azt jelenti, hogy még ha vannak is kis hibák, az ötvözet nagy számú cikluson keresztül hirtelen meghibásodás nélkül elviseli azokat. Ez a jellemző kritikus az űrrepülőgép-alkatrészek, például a turbinalapátok, a futómű alkatrészek és a repülőgép törzsszerkezetei esetében.
A felület állapota egy másik fontos tényező. A polírozott vagy sörétezett felületek nagymértékben javítják a kifáradás élettartamát. A sörétezés nyomó-maradófeszültséget hoz létre a felületen, ami hatékonyan gátolja a repedés kialakulását, és 90-125 MPa-val növelheti a kifáradási szilárdságot. Ezzel szemben a durva felületek, megmunkálási nyomok vagy bevágások feszültségnövelőként működnek, és 30%-kal vagy többel csökkenthetik a fáradási teljesítményt. Ezért a felületkezelés erősen ajánlott a nagy fáradású alkalmazásokhoz.
A környezeti hatásokat tekintve az 5-ös fokozatú titán kiváló fáradtságállóságot tart fenn korrozív környezetben, például tengervízben, sópermetben és enyhén savas vagy lúgos környezetben.
Az acéltól eltérően kloridos környezetben nem szenved komoly korrózió-fáradás-romlást. Ez teszi az első választássá tengeri alkatrészek, tengeri szerkezetek és sebészeti implantátumok számára. Mérsékelten magas hőmérsékleten (körülbelül 150-200 fok) a kifáradási szilárdság enyhén csökken, de továbbra is jobb, mint sok alumíniumötvözet.
Összefoglalva,Az 5-ös fokozatú titánötvözet kiemelkedő, nagy ciklusú kifáradási szilárdságot, jó repedésnövekedésállóságot és erős környezeti kifáradási tartósságot mutat. A megfelelő hőkezelés és a felület javítása tovább optimalizálhatja a fáradási viselkedést. Ezek a tulajdonságok megmagyarázzák, hogy a Ti-6Al-4V miért marad pótolhatatlan azokban az alkatrészekben, amelyek könnyű súlyt, nagy szilárdságot és ultra-nagy tartósságot igényelnek hosszú távú ciklikus terhelés mellett.
