Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)

مقدمة عن Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)

Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al، المعروف عادةً باسم Ti-15-3، هو سبيكة تيتانيوم بيتا شبه مستقرة (Metastable Beta) طُوِّرت لتطبيقات الطيران والتطبيقات الصناعية عالية الأداء. تشتهر بنسبة قوة إلى وزن مرتفعة، وقابلية ممتازة للتشكيل على البارد، ومتانة فائقة بعد المعالجة الحرارية. وتُعد Ti-15-3 مناسبة بشكل خاص للتشكيل بالدرفلة، والتشكيل فائق اللدونة، والسحب العميق على البارد، إضافةً إلى التشغيل الدقيق باستخدام CNC.

وبفضل قابليتها الممتازة للتشغيل الآلي في حالة المعالجة بالمحلول، تُعد Ti-15-3 خيارًا مثاليًا لإنتاج أجزاء التيتانيوم المُشغَّلة بتقنية CNC عالية الأداء. وتُصنَّع هذه الأجزاء عبر خدمات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي CNC المتقدمة، وغالبًا ما تُستخدم في هياكل الطائرات، ودعامات المحركات، والمكونات الدقيقة التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتعب.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)

التركيب الكيميائي (نموذجي)

الخصائص الفيزيائية

الخصائص الميكانيكية (معالجة بالمحلول + تعتيق)

الخصائص الرئيسية لـ Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)

• قوة عالية ووزن خفيف: توفر Ti-15-3 مقاومات شد تتجاوز 1000 ميجا باسكال بوزن يقارب نصف وزن الفولاذ، ما يجعلها مثالية للمكونات الهيكلية في الطيران.

• قابلية ممتازة للتشغيل على البارد: بخلاف معظم سبائك التيتانيوم، يمكن تشكيل Ti-15-3 على البارد إلى أشكال هندسية معقدة دون تشقق، مما يقلل خطوات التصنيع.

• مقاومة فائقة للتعب: تحافظ على الخصائص الميكانيكية تحت الأحمال الدورية، وهو ما يفيد خصوصًا في جلد الطائرة ومكونات الحوامل (Brackets).

• قابلية جيدة للمعالجة الحرارية: قابلة بالكامل للمعالجة الحرارية لضبط القوة والمتانة وعمر التعب بدقة.

تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لتيتانيوم Ti-15-3

تحديات التشغيل

• تآكل الأدوات: رغم أنها أسهل تشغيلًا من سبائك ألفا أو ألفا-بيتا، إلا أن Ti-15-3 ما تزال تسبب تآكلًا كاشطًا للأدوات غير المطلية في ظروف التشغيل الجاف أو ضعف التزييت.

• انخفاض التوصيل الحراري: تتركز الحرارة عند واجهة الأداة وقطعة العمل، مما يؤدي إلى تدهور مبكر للأداة دون ضغط تبريد مرتفع.

• الارتداد المرن: مع معامل مرونة 105 جيجا باسكال، يؤثر الارتداد بعد القطع على الدقة البُعدية في الأجزاء ذات السماحات الضيقة.

• التصلب بالتشغيل: يتطلب أدوات حادة وتغذيات مناسبة لتقليل التصلب وخشونة السطح.

استراتيجيات التشغيل المُحسَّنة

اختيار الأداة

معلمات القطع لـ Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3) (مطابقة ISO 3685)

المعالجة السطحية لأجزاء تيتانيوم Ti-15-3

الكبس المتساوي الخواص الساخن (HIP) يعزز مقاومة التعب ويزيل الفراغات الداخلية، مما يزيد السلامة الهيكلية.

المعالجة الحرارية تشمل المعالجة بالمحلول عند ~800°C تليها مرحلة التعتيق عند 480–540°C لتحقيق أقصى قوة وليونة.

لحام السبائك الفائقة يتيح تجميعًا موثوقًا مع معالجة حرارية بعد اللحام لاستعادة خصائص المادة.

طلاء الحاجز الحراري (TBC) يوفر حماية في بيئات الدورات الحرارية عالية الحرارة، خاصة في أنظمة الطيران.

التشغيل باستخدام CNC يدعم سماحات ±0.01 مم لحوامل الطائرات، ووصلات التحكم، والأضلاع الهيكلية.

التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) يوفّر إنشاء ميزات ميكروية دقيقة على المكونات المعتّقة أو المُشغَّلة صعبًا.

حفر الثقوب العميقة يسمح بثقوب مستقيمة مع Ra ≤1.6 ميكرومتر ونسبة L/D >30:1 لتطبيقات الطيران والأدوات.

اختبار المواد يشمل التحقق من البنية المجهرية، وتوزيع الصلادة، واختبارات التعب، والفحص غير الإتلافي وفق معايير AMS.

اختبار المواد والتحليل

تخضع أجزاء Ti-15-3 لاختبارات التعب، والتحقق من بنية الأطوار (عبر SEM/XRD)، واختبارات الشد بعد التعتيق، والفحص غير الإتلافي بالموجات فوق الصوتية للتحقق من أداء المادة للمكونات الجاهزة للطيران وعالية الأحمال.

التطبيقات الصناعية لـ Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)

• الطيران والفضاء: هياكل الطائرات، والحوامل، والمشغلات، والأغلفة المشكلة التي تستفيد من مقاومة التعب العالية وقابلية التشكيل على البارد.

• الدفاع: عناصر هيكلية خفيفة الوزن عالية القوة ومكونات أغلفة الصواريخ.

• المعدات الصناعية: أذرع حاملة للأحمال ومكونات ديناميكية في الأتمتة المتقدمة.

• توليد الطاقة: هياكل دوّارة ووصلات تتعرض لإجهادات حرارية واهتزازية دورية.