Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
مقدمة عن Ti-3Al-2.5V (الدرجة 12)
Ti-3Al-2.5V، المعروف شائعًا باسم تيتانيوم الدرجة 12، هو سبيكة تيتانيوم ذات بنية مجهرية شبه-ألفا (near-alpha) مُقوّاة بإضافات صغيرة من الألومنيوم والفاناديوم. وتوفر مزيجًا ممتازًا من قوة متوسطة، وقابلية لحام عالية، ومقاومة تآكل ممتازة، وقابلية تشكيل محسّنة، خصوصًا في البيئات الحارة والبحرية.
وبسبب قوته ومقاومته الفائقة للتآكل—لا سيما في البيئات الحمضية والغنية بالكلوريد والمؤكسِدة—يُستخدم Ti-3Al-2.5V على نطاق واسع في أنظمة الأنابيب الصناعية، والمبادلات الحرارية، والمكوّنات البحرية. ويعتمد المصنعون على خدمات التشغيل باستخدام CNC وعمليات متقدمة لإنتاج أجزاء تيتانيوم مُشغَّلة باستخدام CNC عالية الجودة من الدرجة 12 بتفاوتات ضيقة لضمان أداء ميداني طويل الأمد.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-3Al-2.5V (الدرجة 12)
التركيب الكيميائي (النموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | العنصر الأساسي، مقاومة ممتازة للتآكل |
الألومنيوم (Al) | 2.5–3.5 | مثبّت طور الألفا، يزيد القوة والمطيلية |
الفاناديوم (V) | 1.5–2.5 | مثبّت طور البيتا، يحسن قابلية التقسية ومقاومة التعب |
الأكسجين (O) | ≤0.25 | مقوٍّ بيني |
الحديد (Fe) | ≤0.30 | عنصر متبقٍ |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يتم التحكم به لمنع الهشاشة |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.48 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1600–1650°م | ASTM E1268 |
الموصلية الحرارية | 7.2 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.65 ميكرو أوم·م عند 20°م | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 8.5 ميكرومتر/م·°م | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 570 جول/كجم·ك عند 20°م | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 110 جيجا باسكال | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (حالة التخمير)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 620–725 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 500–620 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥18% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 230–270 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | متوسطة | ASTM E139 |
مقاومة التعب | جيدة | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-3Al-2.5V (الدرجة 12)
مقاومة تآكل عالية: أداء متميز في البيئات المؤكسِدة والاختزالية الخفيفة، خصوصًا الكلوريدات وحمض النتريك ومياه البحر.
قابلية لحام ومطيلية ممتازتان: تلحم الدرجة 12 بشكل نظيف دون تشقق بعد اللحام وتحتفظ بالمطيلية، مما يجعلها مثالية للخزانات والأنابيب والهياكل البحرية.
استقرار حراري ومقاومة للأكسدة: مناسبة للاستخدام المستمر حتى 400°م مع استقرار قوي لأكسيد السطح.
قابلية تشغيل على البارد والساخن جيدة: إن قابلية التشكيل الممتازة تجعل الدرجة 12 عملية للمبادلات الحرارية والفلنجات والوصلات التي تتطلب ثنيًا أو سحبًا عميقًا.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لتيتانيوم الدرجة 12
تحديات التشغيل
نزعة الالتصاق/التخديد: مثل سبائك التيتانيوم الأخرى، تميل الدرجة 12 إلى الالتصاق بالأدوات، خاصة عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يؤثر على تشطيب السطح والدقة.
تراكم الحرارة: مع موصلية حرارية متوسطة (7.2 واط/م·ك)، تولّد السبيكة حرارة موضعية عالية عند واجهة الأداة وقطعة الشغل، مما يقلل عمر الأداة.
الارتداد ومعامل مرونة منخفض: يؤدي معامل المرونة البالغ 110 جيجا باسكال إلى ارتداد ملحوظ في الأجزاء رقيقة الجدران، مما يؤثر على دقة التشطيب.
تآكل الأدوات: رغم أنها ليست بصلابة الدرجة 5 أو 7، فإن سلوك التصلب بالتشغيل للدرجة 12 قد يضعف أدوات القطع غير المطلية بسرعة تحت ظروف تبريد سيئة.
استراتيجيات تشغيل محسّنة
اختيار الأدوات
المعامل | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد غير مطلي أو CBN | يحافظ على حافة حادة ومقاومة عالية للحرارة |
الطلاء | TiAlN أو TiSiN (3–5 ميكرومتر PVD) | يساعد على منع لحام الرايش والالتصاق/التخديد |
الهندسة | زاوية ميل موجبة، حواف مصقولة | تقلل الحرارة وضغط القطع |
سرعة القطع | 20–50 م/دقيقة | تمنع فرط التسخين وتآكل الأداة المفرط |
معدل التغذية | 0.10–0.25 مم/دورة | يعزز إخلاء الرايش وتشطيب السطح |
سائل التبريد | مستحلب قابل للذوبان في الماء، ≥100 بار | يضمن التحكم بالحرارة وطرد الرايش |
معلمات القطع لـ Ti-3Al-2.5V (الدرجة 12) (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 12
الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP) يُطبَّق على الأجزاء الحرجة لإزالة الفراغات الداخلية وزيادة مقاومة التعب والتآكل.
المعالجة الحرارية تتضمن تخميرًا عند 700–760°م لتحسين المطيلية والاستقرار البُعدي في الأجزاء المشكلة أو الملحومة.
لحام السبائك الفائقة يتيح وصلات لحام قوية لأوعية الضغط وأنظمة الأنابيب الكيميائية باستخدام سلك حشو مطابق.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC) يوفر حماية إضافية في أنظمة المبادلات الحرارية ومياه البحر حيث توجد مخاوف من الأكسدة وتكوّن القشور.
التشغيل باستخدام CNC يدعم إنتاج الصمامات وأجزاء المضخات وفوهات الخزانات بتفاوتات ضيقة ودقة تصل إلى ±0.01 مم.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) فعال في تصنيع الثقوب الدقيقة والميزات الداخلية الصغيرة دون إجهاد ميكانيكي.
حفر الثقوب العميقة يتيح الحفر بنسبة L/D > 30:1 مع استقامة الثقب أقل من 0.3 مم/م وRa ≤ 1.6 µm في تجميعات الأنظمة الكيميائية.
اختبار المواد يشمل اختبار التآكل بين الحبيبات، والتحقق من الشد، وفحص البنية المجهرية عبر SEM، والكشف بالموجات فوق الصوتية عن العيوب.
اختبار المواد والتحليل
تُختبر أجزاء تيتانيوم الدرجة 12 لمقاومة التآكل (ASTM G28)، والقوة الميكانيكية (ASTM E8)، وسلامة اللحام عبر طرق الاختبار غير الإتلافي (NDT) لتلبية مواصفات الصناعة والعملاء.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-3Al-2.5V (الدرجة 12)
توليد الطاقة: يُستخدم في المبادلات الحرارية وأوعية الضغط ومكثفات البخار بفضل مقاومة التآكل والاستقرار الحراري.
البيئة البحرية: مثالي لأنظمة الأنابيب والعناصر الإنشائية في ظروف الخدمة بمياه البحر أو المحاليل الملحية.
المعالجة الكيميائية: يقاوم الهجوم في الأوساط المكلورة والحمضية، بما في ذلك بيئات الهيبوكلوريت وحمض النتريك.
الدفاع: تُستخدم أنابيب وكسوة الدرجة 12 في أنظمة السفن ومكوّنات الدفع التي تتطلب تحمّلًا عاليًا للتآكل.
المعدات الصناعية: تُستخدم في الوصلات والخزانات وأجزاء أنظمة الضغط المعرضة لوسائط تشغيلية عدوانية.
استكشف المدونات ذات الصلة
