고온 티타늄 합금의 산화 거동
항공기 엔진은 고온에서 작동하므로 고온 티타늄 합금 부품은 산화 부식을 견딜 수 있습니다. 티타늄 합금의 고온 기계적 특성은 산화 부식에 저항하는 능력으로 인해 제한됩니다. 티타늄 합금의 산화는 표면에 산화막을 형성하여 금속 내부를 외부 환경으로부터 격리시킵니다. 특성은 상대적으로 안정적이며 더 이상 산화되지 않습니다. 그러나 온도가 증가함에 따라 표면산화막이 주기적으로 벗겨지는 현상이 나타난다. 티타늄 합금을 고온에서 사용하면 산화 및 부식의 영향으로 고온 기계적 특성이 저하됩니다.
500도에서 750도 사이의 온도를 사용하는 고온 티타늄 합금의 산화 거동이 연구되었습니다. 온도는 고온 티타늄 합금의 산화 속도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 산화 초기에는 산화중량 증가량이 선형적으로 변화하며 산화층이 증가함에 따라 화학반응 속도는 감소하고 무게는 포물선 형태로 증가하며 산화막은 TiO2 외에 Al2O3로 구성된다. Zeng Shangwuet al. TC4 티타늄 합금의 고온 산화 거동을 연구했습니다. 연구에 따르면 TC4는 650도에서 산화막의 순환 산화 중에 그대로 유지될 수 있지만 더 높은 온도에서는 갈라지거나 벗겨질 수 있음이 밝혀졌습니다.
현재 순수 티타늄에 다른 합금 원소를 첨가하여 다양한 새로운 티타늄 합금을 만드는 등 고온 티타늄 합금의 내산화성을 향상시키는 방법이 많이 있습니다. 알루미늄을 첨가하면 치밀한 산화막이 형성되어 티타늄 합금을 산화 부식으로부터 보호함으로써 티타늄 합금의 고온 내산화성이 향상된다. 또한, 실리콘과 크롬도 산화막을 형성할 수 있습니다. 그러나 과도한 합금은 재료의 물리적 특성에도 영향을 미칩니다. 고온 티타늄 합금의 내산화성을 향상시키는 동시에 고온 티타늄 합금의 다른 고온 기계적 특성도 영향을 받아 항공우주 엔진에 잘 사용할 수 없게 됩니다. 따라서 합금원소를 합리적으로 첨가하는 방법에 대해서는 여전히 지속적인 연구가 필요하다.
또 다른 방법은 티타늄 합금의 표면을 고온 산화에 저항하는 재료로 채우는 것입니다. 예를 들어, TC4 고온 티타늄 합금의 표면을 알루미늄 처리하면 고온 내산화성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 그 밖에도 전산화 등의 방법도 있다. 항산화 능력을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 현재 각 방법에는 특정 제한 사항이 있으며 고온 티타늄 합금의 고온 기계적 특성을 보장하려면 다양한 항산화 조치를 포괄적으로 사용해야 합니다.
고온 티타늄 합금의 피로 특성
항공기 엔진에서 구조물이나 부품은 주로 교번 하중을 받으며, 피로 파손이 주요 파손 모드입니다. Zhang Yajuanet al. Ti-6Al-4V 티타늄 합금의 피로 균열 성장 특성을 연구하기 위해 실험을 수행했습니다. 연구에 따르면 응력 비율이 증가하면 피로 균열 성장 임계값이 감소하고 응력 강도 계수가 일정하면 균열 성장 속도는 응력 비율과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 양의 상관관계로 들어갑니다. 피로 SN 곡선은 약 107배에서 변곡점을 나타냅니다. 균열은 표면이나 표면 아래에서 시작됩니다. 동시에 고온은 균열의 확장을 촉진합니다.
티타늄 합금의 피로 파괴는 때때로 발생하므로 피로 특성을 개선하기 위해 일부 피로 방지 조치를 취해야 합니다. 쇼트 피닝 기술은 현재 부품의 피로 성능을 향상시키기 위해 널리 사용되는 방법입니다. 이 방법의 원리는 주로 시편 표면에 잔류 압축 응력을 형성하여 외부 하중의 영향을 부분적으로 상쇄하여 부품의 피로 성능을 향상시키는 것입니다. 연구에 따르면 쇼트 피닝 처리된 재료의 피로 한계는 34% 이상 증가할 수 있으며, 쇼트 피닝은 피로 성능 향상에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 쇼트 피닝 외에도 압출 강화 및 이온 주입도 티타늄 합금의 피로 특성을 향상시키는 방법입니다.
고온 티타늄 합금의 크리프 특성
항공기 엔진의 부품은 고온에서 작동하기 때문에 크리프는 항공기 엔진의 수명과 안전 성능에 큰 영향을 미칩니다. 크리프는 일반적으로 고온 및 지속적인 하중 하에서 재료가 느리고 회복할 수 없는 변형을 의미합니다.
연구 결과에 따르면 전위의 미끄러짐과 상승은 특정 온도 및 응력 범위 내에서 TA15 합금의 크리프 변형 과정에서 중요한 역할을 하며, 전위 상승은 550도 이상에서 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 응력, 시간, 온도, 합금 원소, 미세 구조 등은 모두 고온 티타늄 합금의 크리프 거동에 특정 역할을 합니다. 연구 결과에 따르면 시험 응력이 증가할수록 크리프 과정이 정상 상태에 도달하는 데 필요한 시간이 짧아지고 정상 상태에서 크리프 속도가 빨라지는 것으로 나타났습니다. 크리프에 대한 연구는 크리프 피로의 상호 작용과 연계하여 수행되어야 합니다. 왜냐하면 엔진 부품의 고장은 이 두 가지가 복합적으로 작용하여 발생하는 경우가 많기 때문입니다.
