Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
مقدمة عن Ti-5Al-2.5Sn (الدرجة 6)
Ti-5Al-2.5Sn، المصنَّف على أنه تيتانيوم الدرجة 6، هو سبيكة تيتانيوم شبه-ألفا (near-alpha) توفر مزيجًا من قوة متوسطة، وقابلية لحام ممتازة، ومقاومة زحف فائقة. وقد صُممت خصيصًا للعمل عند درجات حرارة مرتفعة في بيئات الطيران والبحرية وتوليد الطاقة.
وبفضل استقراره الحراري وأدائه المتسق في الأجواء المؤكسِدة، يُعد Ti-5Al-2.5Sn خيارًا موثوقًا للمكوّنات الحرجة من أجزاء تيتانيوم مُشغَّلة باستخدام CNC. وتُستخدم خدمات التشغيل باستخدام CNC عالية الأداء لتقديم مكوّنات دقيقة تتمتع بدقة أبعاد استثنائية، حتى للهياكل الجوية المعقدة ورفيعة الجدران.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-5Al-2.5Sn (الدرجة 6)
التركيب الكيميائي (النموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | يوفر مقاومة للتآكل واستقرارًا هيكليًا |
الألومنيوم (Al) | 4.5–5.5 | مثبّت طور الألفا، يحسن القوة ومقاومة الأكسدة |
القصدير (Sn) | 2.0–3.0 | يحسن مقاومة الزحف ومقاومة التعب الحراري |
الأكسجين (O) | ≤0.15 | يقوّي البنية لكنه يؤثر على المطيلية |
الحديد (Fe) | ≤0.30 | عنصر متبقٍ |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يجب التحكم به لمنع الهشاشة الهيدروجينية |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.54 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1600–1650°م | ASTM E1268 |
الموصلية الحرارية | 7.1 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.60 ميكرو أوم·م عند 20°م | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 8.3 ميكرومتر/م·°م | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 565 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 | 745–860 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 690–790 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥10% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 280–320 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | ممتازة | ASTM E139 |
مقاومة التعب | عالية | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-5Al-2.5Sn (الدرجة 6)
أداء ممتاز عند درجات الحرارة المرتفعة: يحافظ على القوة الميكانيكية ومقاومة الزحف حتى 450°م، وهو مثالي لقنوات محركات الطائرات النفاثة وهياكل الحارق اللاحق.
قابلية لحام فائقة: توفر الدرجة 6 سلامة لحام ممتازة دون تدهور ملحوظ في الخصائص الميكانيكية—وهو ما يجعلها مثالية لأوعية الضغط وأنابيب الطيران.
استقرار حراري: يُظهر تمددًا حراريًا منخفضًا (8.3 ميكرومتر/م·°م) ومقاومة عالية للتعب الحراري، مما يدعم الأداء في البيئات ذات دورات الأحمال الحرارية العالية.
مقاومة الأكسدة: إن تكوّن طبقة سطحية مستقرة من TiO₂ يحمي الأجزاء من التقشر والتآكل في الغازات الساخنة والأجواء البحرية.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لتيتانيوم الدرجة 6
تحديات التشغيل
المتانة والموصلية المنخفضة: تؤدي المتانة العالية مع موصلية حرارية تبلغ 7.1 واط/م·ك فقط إلى تولد حرارة مفرطة في منطقة القطع، مما يسبب تآكل الأدوات.
سلوك التصلب بالتشغيل: يتصلب Ti-5Al-2.5Sn أثناء التشغيل إذا كان حمل الرايش غير كافٍ، مما يؤثر على عمر الأداة وتشطيب السطح.
مخاطر التصاق الأداة: قد يتشكل حدّ متراكم (BUE) عند درجات الحرارة العالية، مما يؤثر على الدقة ويزيد احتمالية الالتصاق/التخديد.
الدقة البُعدية: تتطلب الاستعادة المرنة والارتداد (معامل ~110 جيجا باسكال) تعويضًا للحفاظ على التحكم البُعدي في الميزات الدقيقة.
استراتيجيات تشغيل محسّنة
اختيار الأدوات
المعامل | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد أو لقم CBN | مناسبة لمقاومة التآكل عند درجات الحرارة المرتفعة |
الطلاء | AlTiN أو TiAlSiN (3–5 ميكرومتر PVD) | يقلل الالتصاق والتدهور الناتج عن الحرارة |
الهندسة | زاوية ميل حادة، حواف مصقولة | تقلل القوة وتحسن إخلاء الرايش |
سرعة القطع | 20–60 م/دقيقة | توازن بين الحمل الحراري وتشطيب السطح |
معدل التغذية | 0.10–0.25 مم/دورة | يضمن تكوينًا مناسبًا للرايش |
سائل التبريد | مستحلب عالي الضغط ≥100 بار | يمنع تراكم الحرارة ويقلل الاحتكاك |
معلمات القطع لـ Ti-5Al-2.5Sn (الدرجة 6) (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 | 45–65 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء تيتانيوم الدرجة 6
الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP) يزيد كثافة الجزء ويزيل الفراغات الداخلية، مما يعزز أداء التعب في أجزاء التوربينات وأنظمة الدفع.
المعالجة الحرارية تتضمن إزالة إجهاد وتعتيقًا عند ~600°م، لتحسين مقاومة الزحف والاستقرار البُعدي.
لحام السبائك الفائقة يتيح لحامات كاملة القوة مع حد أدنى من المسامية والتشقق في أنظمة الطيران المصنفة للضغط.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC) يحمي أجزاء الدرجة 6 من الأكسدة والتعب الحراري في عادم محركات الطائرات أو المفاعلات الكيميائية.
التشغيل باستخدام CNC يحقق دقة ±0.01 مم ويُعد حاسمًا لتصنيع قنوات المحركات، وأغلفة التحكم، وأنابيب الطيران الدقيقة.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) يسمح بإنشاء ثقوب دقيقة وقنوات تبريد دون إدخال إجهاد حراري.
حفر الثقوب العميقة يحقق نسب L/D عالية مع استقامة <0.3 مم/م وRa ≤ 1.6 µm، وهو مناسب لأنابيب الضغط ومجاري الهواء.
اختبار المواد يشمل التحقق من تمزق الزحف، ومراجعة البنية المجهرية عبر SEM، والكشف بالموجات فوق الصوتية عن العيوب لضمان الجودة.
اختبار المواد والتحليل
تخضع أجزاء الدرجة 6 لاختبارات شد عند درجات حرارة مرتفعة، وتقييم الزحف، واختبارات عمر التعب، وتحليل XRD/SEM لضمان السلامة في ظروف خدمة الطيران والنووي والبحري.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-5Al-2.5Sn (الدرجة 6)
الطيران والفضاء: يُستخدم في قنوات محركات الطائرات النفاثة، وأنابيب الهيدروليك، وألواح هيكل الطائرة التي تعمل تحت أحمال حرارية عالية.
توليد الطاقة: أنابيب مقاومة للحرارة ومكوّنات التحكم بالتدفق لتوربينات البخار والغاز.
البيئة البحرية: مبادلات حرارية وأنابيب لمحطات التحلية تتعرض لمحاليل ملحية ساخنة ومياه البحر.
الدفاع: هياكل وأغلفة لأنظمة الدفع والعادم تتطلب توازنًا بين القوة والوزن.
المعدات الصناعية: معدات تعمل في بيئات مسببة للتآكل ومع دورات حرارية متكررة، مثل المفاعلات والمبادلات الحرارية.
استكشف المدونات ذات الصلة
