11Cr-3Al (TC11)
مقدمة عن 11Cr-3Al (TC11)
11Cr-3Al، المعروف باسم TC11، هو سبيكة تيتانيوم عالية القوة وعالية الحرارة من نوع ألفا-بيتا، تم تطويرها أساسًا لتطبيقات الطيران وتوليد الطاقة ذات المتطلبات العالية. بفضل خصائصه الميكانيكية الممتازة في درجات الحرارة المرتفعة، ومقاومته الفائقة للزحف، وسلوكه المستقر في مقاومة الأكسدة، يُعد TC11 مثاليًا لبيئات التشغيل حتى 500 درجة مئوية.
تجعل قوة السبيكة وقابليتها الجيدة للتشغيل الآلي في الحالة الملدنة أو المعالجة بالمحلول منها خيارًا قويًا لـ أجزاء التيتانيوم المُشغَّلة بتقنية CNC. وعند تصنيعها باستخدام خدمات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي CNC المتقدمة، يمكن لمكونات TC11 تحقيق دقة عالية، وأداء ممتاز في مقاومة التعب، واستقرار حراري طويل الأمد لهياكل الطيران، وأقراص الضواغط، وأغلفة المحركات.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ 11Cr-3Al (TC11)
التركيب الكيميائي (نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | قاعدة مقاومة للتآكل مع استقرار هيكلي |
الكروم (Cr) | 10.0–12.0 | مُثبِّت بيتا، يحسّن مقاومة الأكسدة والزحف |
الألومنيوم (Al) | 2.5–3.5 | مُثبِّت ألفا، يزيد القوة ومقاومة الأكسدة |
الموليبدينوم (Mo) | 0.8–1.5 | يعزز قابلية التقسية وقوة الزحف |
السيليكون (Si) | ≤0.30 | يحسن مقاومة الأكسدة |
الحديد (Fe) | ≤0.50 | عنصر متبقٍ |
الأكسجين (O) | ≤0.15 | يعزز القوة، ويجب التحكم به للحفاظ على الليونة |
الكربون (C) | ≤0.08 | عنصر متبقٍ |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يُتحكم به لمنع الهشاشة |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.57 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1620–1670°C | ASTM E1268 |
التوصيل الحراري | 6.3 واط/م·ك عند 100°C | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.67 ميكروأوم·م عند 20°C | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 8.5 ميكرومتر/م·°C | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 560 جول/كجم·ك عند 20°C | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 115 جيجا باسكال | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (معالجة بالمحلول + تعتيق)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 950–1050 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
حد الخضوع (0.2%) | 850–950 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥10% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 300–340 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | ممتازة حتى 500°C | ASTM E139 |
مقاومة التعب | عالية | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ 11Cr-3Al (TC11)
أداء عالي في درجات الحرارة المرتفعة: يحافظ على مقاومة شد تتجاوز 950 ميجا باسكال ومقاومة ممتازة للزحف في التشغيل المستمر عند 450–500°C.
الاستقرار الحراري ومقاومة الأكسدة: يعزز الكروم والألومنيوم تكوين طبقة أكسيد واقية كثيفة تقلل من تدهور المادة في بيئات التوربينات والعوادم.
مقاومة ممتازة للتعب: مناسب للمكونات الدوارة أو المهتزة المعرضة لإجهادات حرارية وميكانيكية دورية.
قابلية جيدة للحام والسلامة الهيكلية: يتيح وصلات موثوقة وأداءً ميكانيكيًا ثابتًا بعد المعالجة الحرارية.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لتيتانيوم TC11
تحديات التشغيل
تراكم الحرارة: يمتلك TC11 توصيلًا حراريًا منخفضًا نسبيًا، مما يؤدي إلى ارتفاع حرارة حافة الأداة وتقليل عمرها أثناء القطع المستمر.
الارتداد المرن والتصلب بالتشغيل: يؤدي معامل المرونة العالي ونزعة التصلب إلى تعقيد دقة التمريرات النهائية والتحكم في الرقاقة.
تكوين أكاسيد كاشطة: يمكن أن يؤدي تكوّن الأكاسيد السطحية الصلبة أثناء التشغيل عالي السرعة إلى زيادة تآكل أدوات القطع.
متطلبات جودة سطح عالية: تتطلب تشطيبات دقيقة (Ra < 0.8 ميكرومتر) لأسطح الإحكام وأجزاء الدوران في الطيران.
استراتيجيات التشغيل المُحسَّنة
اختيار الأداة
المعيار | التوصية | السبب |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دقيق الحبيبات، لقم مطلية | مقاومة تآكل عالية في درجات الحرارة المرتفعة |
الطلاء | AlTiN أو TiSiN | يقاوم الالتصاق ويحسن مقاومة الأكسدة |
الهندسة | زاوية قطع موجبة، حافة مصقولة 0.05 مم | يقلل قوى القطع وتراكم الحرارة |
سرعة القطع | 20–45 م/دقيقة | يمنع الضرر الحراري ولحام الرقائق |
معدل التغذية | 0.10–0.20 مم/دورة | يوازن بين ضغط الأداة وجودة السطح |
سائل التبريد | مستحلب عبر الأداة ≥100 بار | يحسن الطرد والتحكم في درجة الحرارة |
معلمات القطع لـ 11Cr-3Al (TC11) (مطابقة ISO 3685)
العملية | السرعة (م/دقيقة) | التغذية (مم/دورة) | عمق القطع (مم) | ضغط التبريد (بار) |
|---|---|---|---|---|
تشغيل خشن | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (عبر الأداة) |
تشغيل نهائي | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء تيتانيوم TC11
الكبس المتساوي الخواص الساخن (HIP) يحسن أداء التعب والزحف من خلال إزالة المسامية وزيادة الكثافة.
المعالجة الحرارية تشمل التلدين بالمحلول عند 950–970°C والتعتيق عند 500–540°C لتحقيق أفضل قوة زحف.
لحام السبائك الفائقة يتيح التجميع الهيكلي تحت حماية الأرجون مع إزالة الإجهاد بعد اللحام لضمان سلامة الطيران.
طلاء الحاجز الحراري (TBC) يحمي أجزاء TC11 العاملة في بيئات مؤكسدة ودورات حرارية مثل أغلفة التوربينات.
التشغيل باستخدام CNC يضمن سماحات ±0.01 مم وخشونة سطح منخفضة للمكونات الدوارة الحرجة.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) يتيح تشكيل ميزات دقيقة في الأجزاء المقسّاة وسميكة الجدران.
حفر الثقوب العميقة يدعم نسبة طول/قطر >30:1 مع Ra ≤1.6 ميكرومتر في مكونات التبريد ذات الحرارة العالية.
اختبار المواد يشمل اختبارات الزحف، وتحليل الأطوار، وتصوير SEM، والفحص غير الإتلافي بالموجات فوق الصوتية لضمان السلامة الهيكلية.
اختبار المواد والتحليل
تخضع مكونات TC11 لاختبارات الشد والزحف في درجات حرارة مرتفعة، وتحليل البنية المجهرية باستخدام SEM، والكشف عن العيوب بالموجات فوق الصوتية وفقًا لمعايير GB وAMS ومعايير الطيران.
التطبيقات الصناعية لـ 11Cr-3Al (TC11)
الطيران والفضاء: أقراص الضواغط، وأغلفة المحركات، والهياكل الحاملة المعرضة لدورات حرارية عالية.
توليد الطاقة: تُستخدم في شفرات التوربينات، وقنوات الانتقال، وغرف الاحتراق لقوتها في درجات الحرارة المرتفعة.
المعدات الصناعية: مثالية للأعمدة الدوارة والتجميعات الميكانيكية عالية الأحمال المعرضة للإجهاد الحراري.
الدفاع: تُستخدم في أنظمة الدفع الدفاعية الجوية ومكونات الإطارات الهيكلية.
استكشف المدونات ذات الصلة
