Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
مقدمة عن Ti-10V-2Fe-3Al (الدرجة 19)
Ti-10V-2Fe-3Al، أو Grade 19، هي سبيكة تيتانيوم بيتا شبه مستقرة طُوِّرت للتطبيقات الهيكلية عالية القوة التي تتطلب قابلية تشكيل ممتازة على البارد وقابلية تقسية عميقة. توفر مزيجًا فريدًا من مقاومة شد عالية، ومتانة ممتازة، ومقاومة تآكل متوسطة—ما يجعلها خيارًا قويًا لقطاعات الطيران والدفاع والمعدات الصناعية.
وبفضل أدائها الميكانيكي العالي وقابليتها الجيدة للتشغيل في حالة المعالجة بالمحلول، تُعد Ti-10V-2Fe-3Al مناسبة لإنتاج أجزاء التيتانيوم المُشغَّلة باستخدام CNC بدقة عالية. وتستفيد هذه الأجزاء من تفاوتات ضيقة وتشطيب سطحي ممتاز والمرونة التي توفرها خدمات التشغيل باستخدام CNC المتقدمة، خاصةً لمكونات الهياكل في الطيران والسيارات.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-10V-2Fe-3Al (الدرجة 19)
التركيب الكيميائي (النموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | مقاومة التآكل والعنصر البنيوي الأساسي |
الفاناديوم (V) | 9.0–11.0 | مثبّت للبيتا، يحسن القوة والمطيلية |
الحديد (Fe) | 1.7–2.3 | يزيد قابلية التقسية ويحسن خواص الشد |
الألومنيوم (Al) | 2.5–3.5 | يحسن القوة والاستقرار |
الأكسجين (O) | ≤0.15 | يقوي السبيكة مع تأثير طفيف على المطيلية |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يُتحكم به لمنع الهشاشة |
النيتروجين (N) | ≤0.03 | عنصر متبقٍ |
الكربون (C) | ≤0.05 | عنصر متبقٍ |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.64 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1580–1620°م | ASTM E1268 |
الموصلية الحرارية | 7.2 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.68 ميكرو أوم·م عند 20°م | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 8.7 ميكرومتر/م·°م | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 560 جول/كجم·ك عند 20°م | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 114 جيجا باسكال | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (معالجة بالمحلول + تعتيق)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 1100–1250 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 1030–1180 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥10% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 330–370 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | متوسطة إلى جيدة | ASTM E139 |
مقاومة التعب | عالية | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-10V-2Fe-3Al (الدرجة 19)
مقاومة شد وخضوع عالية: تُظهر مقاومة خضوع >1000 ميجا باسكال بعد المعالجة الحرارية، قريبة من بعض أنواع الفولاذ، مع كثافة أقل بنحو ~45%.
قابلية تشكيل جيدة على البارد: بخلاف معظم درجات التيتانيوم عالية القوة، تحتفظ الدرجة 19 بمطيلية متوسطة في حالة المعالجة بالمحلول، ما يجعلها مناسبة لعمليات التشكيل.
قابلية تقسية عميقة: توفر خواص ميكانيكية متجانسة عبر المقاطع السميكة، ما يجعلها مثالية للأجزاء المطروقة والحاملة للأحمال.
قابلة للحام مع معالجة لاحقة: يمكن لحامها في حالة المعالجة بالمحلول مع استخدام حشو مناسب ثم التعتيق لاستعادة القوة.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لتيتانيوم الدرجة 19
تحديات التشغيل
تصلب بالتشغيل بدرجة متوسطة: رغم أنها أسهل من سبائك ألفا-بيتا، إلا أن Ti-10V-2Fe-3Al قد تتصلب بالتشغيل عند ضعف التحكم بالرايش.
تراكم الحرارة وتآكل الأداة: الموصلية الحرارية منخفضة، لذا يلزم ضغط تبريد مرتفع وأدوات حادة لتجنب احتراق السطح أو فشل الأداة.
الارتداد والاسترجاع المرن: معامل المرونة (114 جيجا باسكال) يسبب ارتدادًا بسيطًا في الأجزاء الرقيقة أو عالية الدقة.
التغلغل السطحي (Galling): طور البيتا عالي القوة قد يسبب تلطيخًا أو تغلغلًا على حواف القطع أثناء التشغيل الجاف أو ضعف التشحيم.
استراتيجيات تشغيل محسّنة
اختيار الأدوات
المعامل | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دقيق الحبيبات أو CBN | يوفر قوة ومقاومة تآكل |
الطلاء | AlTiN أو TiSiN (≥3 ميكرومتر PVD) | يمنع التغلغل ويزيد عمر الأداة |
الهندسة | زاوية ميل موجبة حادة، حافة مصقولة | يقلل التصلب بالتشغيل وقوة القطع |
سرعة القطع | 25–55 م/دقيقة | تقلل حرارة الأداة والتشوه |
معدل التغذية | 0.10–0.25 مم/دورة | يحافظ على قطع نظيف مع إخراج جيد للرايش |
سائل التبريد | مستحلب من خلال الأداة ≥100 بار | تبريد فعال وطرد الرايش |
معلمات القطع لـ Ti-10V-2Fe-3Al (الدرجة 19) (وفق ISO 3685)
العملية | السرعة (م/دقيقة) | التغذية (مم/دورة) | عمق القطع (مم) | ضغط سائل التبريد (بار) |
|---|---|---|---|---|
تشغيل خشن | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (من خلال الأداة) |
تشطيب | 45–60 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء تيتانيوم الدرجة 19
الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP) يزيد عمر التعب والكثافة البنيوية للمطروقات بدرجة الطيران وأجزاء معدات الهبوط.
المعالجة الحرارية تشمل المعالجة بالمحلول عند 750–800°م والتعتيق عند 500–550°م لتحسين القوة والمطيلية.
لحام السبائك الفائقة ممكن في حالة المعالجة بالمحلول، مع تعتيق بعد اللحام لاستعادة الأداء الميكانيكي.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC) يُطبَّق على الأجزاء المعرضة لأحمال حرارية دورية لحماية الأسطح من الأكسدة.
التشغيل باستخدام CNC يدعم تصنيع المكونات الحرجة للطيران أو التعليق بتفاوتات تصل إلى ±0.01 مم.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) يُستخدم للملفات المعقدة وثقوب التبريد أو الأشكال الميكروية على الأجزاء المتصلدة.
حفر الثقوب العميقة يحقق L/D >30:1 مع استقامة <0.3 مم/م وتشطيب سطحي Ra ≤1.6 µm.
اختبار المواد يضمن تركيب الأطوار وتجانس الصلادة والسلامة البنيوية عبر اختبارات الشد والزحف والفحص بالموجات فوق الصوتية (NDT).
اختبار المواد والتحليل
تشمل اختبارات Ti-10V-2Fe-3Al التحقق من مقاومة الشد عند درجات حرارة مرتفعة، وتوصيف استجابة التعتيق، ومتانة الكسر، والكشف بالموجات فوق الصوتية عن العيوب وفق معايير الطيران والمعايير العسكرية.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-10V-2Fe-3Al (الدرجة 19)
الطيران والفضاء: وصلات الطائرات، ومشغلات هيدروليكية، ومثبتات تتطلب قوة عالية ووزنًا منخفضًا.
الدفاع: مكونات في أجسام الصواريخ والهياكل وتجميعات امتصاص الصدمات.
توليد الطاقة: مسامير هيكلية وأجزاء دوّارة في تجميعات توربينات عالية الحمل والسرعة.
المعدات الصناعية: هياكل روبوتية، ومفاصل مفصلية، وأنظمة حاملة للأحمال تتطلب خفة ومتانة.
استكشف المدونات ذات الصلة
