Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C)
مقدمة عن Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C)
Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr، المعروف شائعًا باسم تيتانيوم Beta C، هو سبيكة تيتانيوم بيتا شبه مستقرة تم تصميمها لتحقيق قوة فائقة جدًا، ومقاومة عالية للتآكل، وقابلية ممتازة للتشكيل على البارد. تُستخدم هذه السبيكة غالبًا في البيئات الصعبة مثل الصناعات الجوية، وصناعة السيارات، والمعالجة الكيميائية، حيث تكون نسبة القوة إلى الوزن ومقاومة التعب من العوامل الحاسمة.
إن الجمع بين القابلية العالية للتقسية والمتانة العالية ضد الكسر يجعل Beta C مثاليًا لإنتاج أجزاء تيتانيوم مُشغَّلة باستخدام CNC مخصصة تتطلب أشكالًا هندسية معقدة، وهياكل رفيعة الجدران، أو ثقوبًا دقيقة. ونظرًا لاستجابته العالية للمعالجة الحرارية وصعوبة تشغيله آليًا، فإن خدمات التشغيل باستخدام CNC عالية الأداء تُعد ضرورية لتحقيق تفاوتات دقيقة وتجانس ميكانيكي في المكونات النهائية.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C)
التركيب الكيميائي (النموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | المعدن الأساسي، يوفر مقاومة للتآكل |
الألومنيوم (Al) | 2.5–3.5 | مُعدِّل قوة طور البيتا |
الفاناديوم (V) | 7.0–9.0 | مثبّت طور البيتا ومساهم في القوة |
الكروم (Cr) | 5.5–6.5 | يعزز مقاومة التآكل واستقرار طور البيتا |
الموليبدينوم (Mo) | 3.5–4.5 | يحسن مقاومة الزحف وأداء التعب |
الزركونيوم (Zr) | 3.5–4.5 | يعزز مقاومة الزحف والقوة ومقاومة الأكسدة |
الأكسجين (O) | ≤0.12 | عنصر تقوية يؤثر على المطيلية |
الحديد (Fe) | ≤0.30 | شوائب طفيفة |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يتم التحكم به لمنع الهشاشة |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.82 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1600–1660°م | ASTM E1268 |
الموصلية الحرارية | 7.0 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.70 ميكرو أوم·م عند 20°م | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 9.0 ميكرومتر/م·°م | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 550 جول/كجم·ك عند 20°م | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 110 جيجا باسكال | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (معالجة بالمحلول + تعتيق)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 1100–1400 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 1000–1300 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥8% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 340–400 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | عالية | ASTM E139 |
مقاومة التعب | ممتازة | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C)
قوة فائقة جدًا: قادرة على الوصول إلى مقاومة شد تصل إلى 1400 ميجا باسكال بعد التعتيق، مما يوفر قوة مماثلة للفولاذ عالي الأداء بنحو نصف الوزن.
قابلية ممتازة للتشكيل على البارد: يتميز Beta C بقابلية عالية للتشكيل في حالة المعالجة بالمحلول، مما يسمح بالسحب العميق والتشكيل المعقد قبل التعتيق.
مقاومة استثنائية للتآكل: يعزز محتواه من الكروم والموليبدينوم المقاومة في البيئات العدوانية، بما في ذلك البيئات الغنية بالكلوريدات والحمضية والمؤكسدة.
قابل للمعالجة الحرارية للضبط الدقيق: يسمح التعتيق بعد التشغيل (عادة عند 480–540°م) بضبط الخصائص الميكانيكية حسب متطلبات التطبيق.
مقاومة فائقة للتعب والمتانة ضد الكسر: مقاومة ممتازة لانتشار الشقوق تحت الأحمال الدورية.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لتيتانيوم Beta C
تحديات التشغيل
قوة عالية جدًا وتصلب بالتشغيل: يظهر Beta C بعد التعتيق صلادة عالية (>340 HB)، مما يجعل التشغيل صعبًا دون استراتيجيات محسّنة.
موصلية حرارية منخفضة: بموصلية تبلغ 7.0 واط/م·ك فقط، تتركز الحرارة عند واجهة الأداة والرايش.
الكشط والالتصاق: يشكل Beta C رايشًا لاصقًا يلتصق بالأدوات، مع زيادة تآكل الحواف.
التحكم في الأبعاد: يتطلب ارتداد المرونة العالي تثبيتًا دقيقًا وتعويضًا لمسار القطع.
استراتيجيات تشغيل محسّنة
اختيار الأدوات
المعامل | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد (فئة K)، CBN للتشطيب | تحافظ على حافة القطع في السبائك عالية القوة |
الطلاء | AlTiN أو TiAlSiN PVD (≥4 ميكرومتر) | يقلل تراكم الحرارة ويقاوم الالتصاق |
الهندسة | حافة قطع حادة، زاوية حلزونية منخفضة | يقلل الحافة المتراكمة ويحسن تدفق الرايش |
سرعة القطع | 20–50 م/دقيقة (تشغيل خشن)، 50–80 م/دقيقة (تشطيب) | تتحكم في الحرارة وعمر الأداة |
معدل التغذية | 0.08–0.20 مم/دورة | يضمن سماكة رايش مناسبة ويمنع التزجيج |
سائل التبريد | مستحلب عالي الضغط (≥100 بار) | يساعد على طرد الرايش والاستقرار الحراري |
معلمات القطع لـ Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C) (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 | 1.5–2.5 | 80–100 (من خلال الأداة) |
تشطيب | 50–80 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء تيتانيوم Beta C
الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP) يزيل المسامية المتبقية ويعزز عمر التعب.
المعالجة الحرارية تتيح التعتيق عند 500–550°م لمدة 4–8 ساعات.
لحام السبائك الفائقة باستخدام مواد حشو متوافقة مع تيتانيوم البيتا.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC) يحمي أجزاء Beta C في البيئات التي تتجاوز 600°م.
التشغيل باستخدام CNC يحقق التفاوتات الدقيقة والأشكال المعقدة.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) ضروري لإنتاج التفاصيل الدقيقة.
حفر الثقوب العميقة يضمن استقامة الثقب ودقة السطح.
اختبار المواد يشمل تحليل البنية المجهرية والخواص الميكانيكية.
اختبار المواد والتحليل
يخضع Beta C لعمليات تحقق تشمل اختبارات الشد، وتقييم متانة الكسر، وتحليل SEM/XRD لضمان الاتساق البنيوي.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C)
الطيران والفضاء: يُستخدم في المثبتات والمشغلات وأنظمة الأنابيب الهيدروليكية.
المعالجة الكيميائية: مناسب للصمامات وأوعية الضغط.
صناعة السيارات: يُستخدم في مكونات التعليق عالية الأداء.
الأجهزة الطبية: مثالي للزرعات والأدوات الجراحية.
توليد الطاقة: يُستخدم في شفرات الضواغط وأجزاء الدوران الحرجة.
استكشف المدونات ذات الصلة
