チタン合金の引張強さと降伏強さの分析 - ニュース

選択時チタン合金、まず降伏強さに基づいて許容応力を決定し、次に引張強さと伸びを使用して破壊靱性と損傷耐性を検証します。どちらのステップも不可欠です。引張強さは、材料が破断する前に耐えることができる最大荷重を表し、-破断前の最大荷重支持能力とエネルギー吸収能力を反映しています-。{3}}
降伏強度は、それを超えると変形が永久的になるしきい値を表し、{0}}材料の形状と寸法精度を維持する能力を反映し、構造設計における許容応力の真のベースラインとして機能します。

1. 引張強さ(Rm / σb)とは何ですか?
定義: 引張試験中に材料が破断するまでに耐えることができる最大応力 (MPa 単位で測定)。これは、負荷に耐える材料の究極の能力を表します。
エンジニアリング上の重要性:
引張強さは、応力-ひずみ曲線のピーク点に対応します。この点を超えると、材料に局所的なネッキングが発生し始め、破断が発生するまで有効耐荷重面積が急速に減少します。-
これにより、コンポーネントの「究極の安全マージン」が決まります。-たとえ局所的な過負荷によって材料が降伏したとしても、引張強度を超えない限り、材料は塑性変形を通じてエネルギーを吸収する能力を保持します（航空宇宙構造コンポーネントの公差設計を損なう重要な要素です）。-
チタン合金業界では、見積書や技術契約で指定されている強度グレード-たとえば、グレード 2 (GR2) の場合は Rm 以上 400 MPa、グレード 5 (GR5) (焼きなまし棒) の場合は Rm 以上 895 MPa など-がこのパラメータを指します。

II.降伏強さ（Rp0.2 / σs または σ0.2）とは何ですか?
定義: 材料が重大な塑性変形 (不可逆的な永久変形) を受け始める応力レベル。ほとんどのチタン合金は明確な降伏プラトーを示さないため、エンジニアリングの実践では通常、降伏強さとして「塑性伸長耐力 (Rp0.2)」-0.2% の永久塑性変形を引き起こす応力として定義-を使用します。
エンジニアリング上の重要性:
降伏強度以下では、荷重が除去された後、部品は元の形状に戻ります (弾性変形範囲)。降伏強度を超えると、部品は永久変形し、元の状態には戻りません。
大部分の構造コンポーネントでは、降伏強度が真の設計ベンチマークとして機能します。応力解析では、許容応力は通常、降伏強度を安全係数 (通常、航空宇宙部品の場合は 1.15 ～ 1.5、民間圧力容器の場合は 1.5) で割ることによって計算されます。
例: アニールされたグレード 5 (Ti-6Al-4V) チタンの降伏強さは約 825 MPa ですが、その引張強さの範囲は約 895 ～ 1030 MPa です。設計計算で 895 MPa という数値を使用すると、極限強度を許容応力として扱うことになり、重大なエラーになります。
よくある混乱点: チタン合金は「高比強度」材料です。{0}その降伏-強度-対密度の比は、すべての構造用金属の中で最も高くなります。-材料の選択時に重量を計算する場合、分子に使用する値は降伏強度です。

チタン合金の引張強さと降伏強さに影響を与える要因
15 年の経験に基づいて、これら 2 つの指標に影響を与える主な要因は次のとおりであると観察しました。

合金組成

Al、O、N、および C は強度を高めますが、延性を低下させます。

V、Mo、Nb、Cr、Fe は相を安定化し、熱処理による強化に影響を与えます。

H（水素）は水素脆化を引き起こす傾向があります。引張強度の値には直接反映されませんが、重大なリスクが生じます。

不純物元素

強度は酸素含有量に非常に敏感です。酸素レベルが高いと強度は向上しますが、延性と靭性は低下します。

窒素と炭素も強化効果をもたらしますが、過剰な量は脆化を引き起こします。

微細構造

等軸微細構造: 良好な延性と比較的良好な疲労性能。

ラメラ微細構造: 破壊靱性は良好ですが、延性がわずかに低くなります。

二峰性 (二重) 微細構造: 全体的なパフォーマンスが良好。