Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
مقدمة عن Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr، المعروف على نطاق واسع باسم Ti5553، هو سبيكة تيتانيوم شبه-بيتا (near-beta) عالية القوة طُوّرت لتطبيقات الطيران والدفاع والتطبيقات الإنشائية التي تتطلب أداءً ميكانيكيًا استثنائيًا. وتشتهر بنسبة قوة إلى وزن ممتازة، ومقاومة عالية للتعب، وقابلية تقسية عميقة، ما يجعلها مثالية للمكونات التي تعمل تحت ظروف تحميل شديدة القسوة.
وبسبب صلابتها وتعقيدها المعدني، يُفضَّل تشغيل Ti5553 باستخدام خدمات التشغيل باستخدام CNC المتقدمة. يجب أن تلبي أجزاء التيتانيوم المُشغَّلة باستخدام CNC المصنوعة من Ti5553 تفاوتات أبعاد ضيقة ومتطلبات صارمة لجودة تشطيب السطح، خصوصًا عند استخدامها في العناصر الهيكلية للطائرات، ومعدات الهبوط، والأنظمة العسكرية.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
التركيب الكيميائي (النموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | يوفر مقاومة التآكل والقوة الأساسية |
الألومنيوم (Al) | 4.5–5.5 | مثبّت طور الألفا، يزيد قوة درجات الحرارة المرتفعة |
الفاناديوم (V) | 4.5–5.5 | مثبّت طور البيتا، يحسن التعب والمتانة |
الموليبدينوم (Mo) | 4.5–5.5 | يعزز مقاومة الزحف وقابلية التقسية |
الكروم (Cr) | 2.5–3.5 | يساهم في استقرار الأطوار ومقاومة التآكل |
الزركونيوم (Zr) | ≤0.3 | يزيد مقاومة الزحف والتعب |
الأكسجين (O) | ≤0.15 | يقوّي السبيكة، ويؤثر على المطيلية |
الحديد (Fe) | ≤0.25 | عنصر متبقٍ |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يتم التحكم به لمنع الهشاشة |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.78 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1600–1650°م | ASTM E1268 |
الموصلية الحرارية | 6.8 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.70 ميكرو أوم·م عند 20°م | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 8.6 ميكرومتر/م·°م | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 560 جول/كجم·ك عند 20°م | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 115 جيجا باسكال | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (معالجة بالمحلول + تعتيق)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 1100–1350 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 1030–1250 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥8% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 340–390 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | ممتازة | ASTM E139 |
مقاومة التعب | عالية | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
قوة فائقة الارتفاع: مع مقاومات خضوع تتجاوز 1200 ميجا باسكال، ينافس Ti5553 الفولاذ في الأداء مع كثافة تقارب نصف كثافته تقريبًا.
هيمنة طور البيتا: تمنح بنيته شبه-بيتا قابلية تقسية ممتازة وقابلية جيدة للمعالجة الحرارية، ما يجعله مناسبًا للمكونات المطروقة أو ذات المقاطع السميكة.
متانة كسر فائقة: يؤدي بشكل ممتاز في بيئات التعب عالي الدورات، وهو أمر بالغ الأهمية لمثبتات الطيران والوصلات الهيكلية.
استقرار حراري وقابلية للحام: رغم أن اللحام يمثل تحديًا بسبب محتوى البيتا، إلا أنه ممكن باستخدام حشو مناسب ومعالجة حرارية بعد اللحام.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لـ Ti5553
تحديات التشغيل
قوة عالية وتصلب بالتشغيل: يتصلب Ti5553 بسرعة أثناء التشغيل، ما يؤدي إلى زيادة قوى القطع وتشوه السطح إذا لم تُستخدم أدوات مُحسّنة.
موصلية حرارية منخفضة: يولد حرارة عند واجهة الأداة وقطعة الشغل، مما يسرّع تآكل الأداة ويزيد خطر الانحرافات البُعدية.
التصاق الأداة وتآكل بالتخديد: يعزز طور البيتا التخديد وتآكل الحافة، خاصة على حواف الأدوات أثناء الخراطة والحفر.
التحكم في التفاوتات الضيقة: يتطلب الارتداد والاسترجاع المرن (معامل ~115 جيجا باسكال) تعويضًا في مراحل التشطيب النهائية.
استراتيجيات تشغيل محسّنة
اختيار الأدوات
المعامل | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دقيق الحبيبات أو CBN | يضمن المتانة تحت إجهاد قطع مرتفع |
الطلاء | AlTiN أو TiSiN (≥4 ميكرومتر) | يوفر حماية حرارية وكاشطة |
الهندسة | زاوية ميل موجبة، حافة مصقولة | يقلل ضغط القطع وتآكل الحافة |
سرعة القطع | 20–50 م/دقيقة | يقلل التراكم الحراري |
معدل التغذية | 0.10–0.25 مم/دورة | يضمن تكوّن رايش نظيف |
سائل التبريد | مستحلب عالي الضغط ≥100 بار | يمنع سخونة الأداة ولحام الرايش |
معلمات القطع لـ Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553) (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 Ti5553
الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP) يزيد مقاومة التعب والسلامة البنيوية، وهو مثالي لمعدات الهبوط وأنظمة الوصلات.
المعالجة الحرارية تتضمن معالجة بالمحلول عند ~830–870°م وتعتيقًا عند 480–600°م لتحسين القوة.
لحام السبائك الفائقة يتطلب حشوًا متوافقًا مع طور البيتا وتخفيف إجهاد بعد اللحام لمنع طبقة ألفا سطحية أو الهشاشة.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC) يحمي المكونات في بيئات الدفع والجر عالية الحرارة.
التشغيل باستخدام CNC يضمن تفاوتات ±0.01 مم على أجزاء مثل أذرع التحكم والحمالات الهيكلية عالية التحميل.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) مناسب للملفات الداخلية المعقدة والميزات الدقيقة.
حفر الثقوب العميقة يحقق استقامة <0.3 مم/م مع Ra ≤1.6 µm في التجميعات الجوية السميكة أو الهيكلية.
اختبار المواد يشمل SEM، ورسم خرائط الصلادة، وتحليل الزحف، والفحص بالموجات فوق الصوتية لضمان الامتثال لمتطلبات الطيران.
اختبار المواد والتحليل
يتم تقييم Ti5553 عبر اختبارات شد عند درجات حرارة مرتفعة، والتحقق من أطوار البنية المجهرية، واختبارات مقاومة الزحف، وNDT بالموجات فوق الصوتية، وفق معايير AMS وASTM.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
الطيران والفضاء: يُستخدم في الحواجز الداخلية (Bulkheads) وعوارض معدات الهبوط والأعضاء الهيكلية التي تتطلب قوة فائقة الارتفاع.
الدفاع: يُطبّق في هياكل الدروع ومكوّنات الصواريخ والهياكل المقاومة للانفجارات.
توليد الطاقة: مثالي لأغلفة الضواغط ومكونات التوربينات المعرضة لأحمال دورية.
المعدات الصناعية: وصلات ميكانيكية عالية الإجهاد وتجميعات حاملة للأحمال في الأتمتة والروبوتات.
استكشف المدونات ذات الصلة
