Ti-4Al-2V
مقدمة عن Ti-4Al-2V
Ti-4Al-2V هي سبيكة تيتانيوم شبه ألفا (Near-Alpha) صُممت لتطبيقات إنشائية عالية الأداء تتطلب قوة متوسطة، ومقاومة ممتازة للتآكل، وثباتًا حراريًا موثوقًا. إن انخفاض محتواها من الفاناديوم والألومنيوم مقارنةً بـ Ti-6Al-4V يجعلها أكثر قابلية للحام والتشكيل، خاصةً في المقاطع السميكة والمكونات الحاوية للضغط.
تُعد Ti-4Al-2V مناسبة لتصنيع أجزاء تيتانيوم مُشغَّلة بتقنية CNC دقيقة تتطلب سماحات ضيقة وخصائص ميكانيكية مستقرة على المدى الطويل. وباستخدام خدمات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي CNC المتقدمة، تُستخدم مكونات Ti-4Al-2V بشكل شائع في القطاعات البحرية والطيران وتوليد الطاقة والطبية، حيث تُعد القوة المتوسطة ومقاومة التآكل ضرورية.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-4Al-2V
التركيب الكيميائي (نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | العنصر الأساسي، يوفر مقاومة ممتازة للتآكل |
الألومنيوم (Al) | 3.8–4.2 | مُثبِّت ألفا، يحسن القوة ومقاومة الأكسدة |
الفاناديوم (V) | 1.8–2.2 | مُثبِّت بيتا، يعزز المتانة وقابلية التقسية |
الأكسجين (O) | ≤0.15 | يساهم في زيادة القوة، ويجب التحكم به للحفاظ على الليونة |
الحديد (Fe) | ≤0.30 | عنصر متبقٍ |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | محتوى منخفض لمنع الهشاشة |
الكربون (C) | ≤0.08 | عنصر متبقٍ |
النيتروجين (N) | ≤0.03 | عنصر متبقٍ |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار/شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.46 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1610–1660°C | ASTM E1268 |
التوصيل الحراري | 6.5 واط/م·ك عند 100°C | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.66 ميكروأوم·م عند 20°C | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 8.7 ميكرومتر/م·°C | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 560 جول/كجم·ك عند 20°C | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 114 جيجا باسكال | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (الحالة الملدنة)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 780–850 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
حد الخضوع (0.2%) | 730–800 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥14% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 260–300 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | جيدة حتى 400°C | ASTM E139 |
مقاومة التعب | متوسطة إلى عالية | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-4Al-2V
قابلية جيدة للحام والتصنيع: توفر قابلية لحام أفضل من الدرجات الأعلى سبائكية، ما يقلل قابلية التشقق أثناء التجميع والتشكيل.
مقاومة عالية للتآكل: مناسبة للبيئات البحرية والكيميائية بفضل قدرتها على تكوين طبقة أكسيد مستقرة.
قوة متوسطة في درجات الحرارة المرتفعة: أداء جيد حتى 400°C في تطبيقات إنشائية مثل أغلفة التوربينات أو الحاويات المضغوطة.
ثبات أبعادي مُحسَّن: أداء ممتاز في الأجزاء الحاملة للأحمال مع حد أدنى من التشوه أثناء دورات التسخين والتبريد.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لـ Ti-4Al-2V
تحديات التشغيل
التلاصق والاحتكاك: قد تتسبب تفاعلية التيتانيوم في التصاقه بأدوات القطع عند نقص التزييت.
الحساسية الحرارية: يؤدي انخفاض التوصيل الحراري إلى تركّز الحرارة في منطقة القطع، ما يؤثر على عمر الأداة وجودة السطح.
تآكل الأدوات: رغم أن السبيكة أقل سبائكية من Ti-6Al-4V، إلا أنها قد تسبب تآكلًا ملحوظًا للأداة إذا لم تُبرَّد وتُحسَّن ظروف التشغيل بشكل صحيح.
الارتداد المرن: ينتج عن معامل المرونة المتوسط ارتداد أثناء التمريرات النهائية، ما يؤثر على التحكم في السماحات.
استراتيجيات التشغيل المُحسَّنة
اختيار الأداة
المعيار | التوصية | السبب |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دقيق الحبيبات (K30) | يوفر مقاومة للتآكل تحت الإجهاد الحراري |
الطلاء | AlTiN أو TiCN | يقلل الاحتكاك ويحمي حواف الأداة |
الهندسة | زاوية قطع حادة، حافة مصقولة (~0.05 مم) | يقلل قوى القطع ويحسن تدفق الرقائق |
سرعة القطع | 20–45 م/دقيقة | يمنع تراكم الحرارة المفرط |
معدل التغذية | 0.10–0.20 مم/دورة | يساعد على تجنب التصلب بالتشغيل |
سائل التبريد | ضغط عالٍ عبر الأداة (≥100 بار) | يضمن إزالة الحرارة ومنطقة قطع نظيفة |
معلمات القطع لـ Ti-4Al-2V (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 Ti-4Al-2V
الكبس المتساوي الخواص الساخن (HIP) يزيل المسامية الداخلية ويعزز مقاومة التعب في الأجزاء الإنشائية الخاصة بالطيران.
المعالجة الحرارية تحسن القوة الميكانيكية وتخفيف الإجهاد بعد اللحام أو التشكيل على البارد، عادةً عند 700–800°C.
لحام السبائك الفائقة يتيح وصلات عالية السلامة مع معالجة حرارية بعد اللحام لاستعادة الليونة.
طلاء الحاجز الحراري (TBC) يحمي المكونات من دورات الحرارة في بيئات التوربينات والصناعات.
التشغيل باستخدام CNC يمكّن تصنيع ميزات عالية الدقة وبسماحات ضيقة لتطبيقات الطيران والبحرية والطاقة.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) يضمن الدقة في المناطق المقسّاة أو رقيقة الجدار دون إحداث تشوه حراري.
حفر الثقوب العميقة يدعم تشغيل ثقوب طويلة وضيقة بنسبة L/D >30:1 وخشونة سطح Ra ≤1.6 ميكرومتر.
اختبار المواد يشمل تحليل SEM/EDS، واختبارات الزحف والتعب، والكشف عن العيوب بالموجات فوق الصوتية وفق معايير AMS وGB.
اختبار المواد والتحليل
يتم التحقق من مكونات Ti-4Al-2V عبر اختبارات الشد والزحف، والتحقق من الأطوار باستخدام SEM/XRD، وتحليل الصلادة، والفحص غير الإتلافي بالموجات فوق الصوتية لضمان موثوقية بمستوى الطيران والطاقة.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-4Al-2V
الطيران والفضاء: يُستخدم في هياكل الطائرات، وحوامل المحركات، والمكونات ذات درجات الحرارة المتوسطة.
القطاع البحري: يُستخدم للوصلات عالية القوة، والبراغي، والصمامات المعرضة لتآكل مياه البحر المالحة.
توليد الطاقة: مثالي لأغلفة التوربينات، ودعامات الأنابيب، ومكونات الدوران.
الأجهزة الطبية: مكونات متوافقة حيويًا مثل الأغلفة، والوصلات، وأدوات تقويم العظام.
استكشف المدونات ذات الصلة
