Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
مقدمة عن Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr، المعروف عادةً باسم TA15، هو سبيكة تيتانيوم ألفا + بيتا عالية القوة تُستخدم على نطاق واسع في صناعات الطيران والدفاع وهندسة الطاقة. تتميز بقابلية لحام ممتازة، وقوة تعب عالية، ومقاومة جيدة للزحف عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها مثالية للمكونات الهيكلية التي تعمل في ظروف تشغيل قاسية.
يُظهر TA15 نسبة قوة إلى وزن متفوقة واستقرارًا تحت الأحمال الحرارية. هذه الخصائص تجعله مناسبًا جدًا لـ أجزاء التيتانيوم المُشغَّلة باستخدام CNC الحرجة، خاصةً عند إنتاجها عبر خدمات التشغيل باستخدام CNC عالية الدقة التي توفر تفاوتات ضيقة وجودة متسقة لهياكل الطيران وحوامل المحركات وإطارات الدعم.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
التركيب الكيميائي (النموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | العنصر الأساسي الذي يوفر مقاومة التآكل والقوة البنيوية |
الألومنيوم (Al) | 6.0–7.0 | مثبّت طور الألفا يحسن القوة عند درجات الحرارة المرتفعة |
الموليبدينوم (Mo) | 0.8–1.2 | مثبّت طور البيتا، يعزز مقاومة الزحف والتعب |
الفاناديوم (V) | 0.8–1.2 | يزيد القوة واستقرار الأطوار |
الزركونيوم (Zr) | 1.8–2.2 | يعزز مقاومة الزحف والاستقرار الحراري |
الأكسجين (O) | ≤0.15 | يحسن القوة لكنه يؤثر على المطيلية |
الحديد (Fe) | ≤0.30 | عنصر متبقٍ |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يُحافَظ عليه منخفضًا لمنع الهشاشة |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.52 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1600–1650°م | ASTM E1268 |
الموصلية الحرارية | 7.0 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.65 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 | 1000–1150 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 900–1050 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥8% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 330–370 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | ممتازة | ASTM E139 |
مقاومة التعب | عالية | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
قوة هيكلية عالية: مع مقاومة شد >1000 ميجا باسكال وقوة تعب مناسبة لأجزاء الطيران، يُعد TA15 مثاليًا لهياكل الطائرات شديدة التحميل.
مقاومة حرارية ومقاومة للأكسدة: تحافظ السبيكة على سلامتها البنيوية حتى 500°م، وتقاوم التشوه والأكسدة أثناء الخدمة طويلة الأمد.
قابلية لحام جيدة: يمكن لحام TA15 بالطرق التقليدية مع تأثير محدود على الخواص الميكانيكية عند اتباعه بمعالجة حرارية مناسبة بعد اللحام.
عمر تعب ممتاز: يدعم التركيب شبه-ألفا خدمة طويلة في التطبيقات الديناميكية مثل دوارات المروحيات وحوامل محركات الطائرات.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لتيتانيوم TA15
تحديات التشغيل
موصلية حرارية منخفضة: مثل باقي سبائك التيتانيوم، يتراكم الحرارة عند واجهة الأداة–الرايش، مما يزيد تآكل الأداة والتشوه الحراري.
التصلب بالتشغيل والاسترجاع المرن: تتصلب هذه السبيكة بسرعة وتُظهر ارتدادًا مرنًا بسبب معامل مرونة 115 جيجا باسكال، مما يؤثر على دقة التشطيب.
التصاق الأداة: يميل TA15 للالتصاق بأدوات القطع عند ضعف التبريد أو سوء هندسة الأداة، مما يؤدي إلى التغلغل (Galling) وتلف السطح.
تآكل الحافة والتحكم في الرايش: يتطلب تكوّن الرايش المستمر وتآكل التخديد هندسة قطع مُحسّنة واستراتيجية تبريد مناسبة.
استراتيجيات تشغيل محسّنة
اختيار الأدوات
المعامل | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دقيق الحبيبات أو لقم مطلية بـPVD | مقاومة تآكل واستقرار حراري |
الطلاء | AlTiN أو TiSiN (≥4 ميكرومتر) | يمنع التغلغل ويحسن عمر الأداة |
الهندسة | زاوية ميل موجبة، حافة مستديرة | يقلل الحرارة وقوة القطع |
سرعة القطع | 20–50 م/دقيقة | تتحكم في الحمل الحراري |
معدل التغذية | 0.10–0.25 مم/دورة | يحافظ على سُمك الرايش |
سائل التبريد | سائل تبريد مستحلب، ≥100 بار | يعزز التبريد وإخراج الرايش |
معلمات القطع لـ Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15) (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 TA15
الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP) يعزز السلامة البنيوية ومقاومة التعب، خصوصًا في مكونات هيكل الطائرة أو التوربين.
المعالجة الحرارية تتضمن عادةً التعتيق بين 500–600°م لتحسين توزيع الأطوار ومقاومة الزحف.
لحام السبائك الفائقة فعّال باستخدام حشو متوافق مع طور البيتا وتخفيف إجهاد بعد اللحام لتجنب تكوّن طبقة ألفا سطحية.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC) يحمي أجزاء TA15 المعرضة للحرارة أو البيئات المؤكسدة، خاصةً في أنظمة العادم.
التشغيل باستخدام CNC يدعم تصنيع المكونات الهيكلية بتفاوتات دقيقة تصل إلى ±0.01 مم.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) يتيح إنشاء ميزات مجهرية على TA15 المتصلب دون تشوه حراري.
حفر الثقوب العميقة مثالي للثقوب الدقيقة وقنوات التبريد، محققًا Ra ≤ 1.6 µm ونسبة L/D > 30:1.
اختبار المواد يشمل اختبارات ميكانيكية ومعدنية وزحف وفحوصات لا إتلافية لضمان الجودة في الطيران والدفاع.
اختبار المواد والتحليل
تُعتمد مكونات سبيكة TA15 عبر اختبارات الشد والزحف، وتحليل التعب، وتقييم البنية المجهرية للأطوار (SEM/XRD)، والفحص بالموجات فوق الصوتية أو التيارات الدوامية وفق معايير AMS أو GB.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
الطيران والفضاء: مثالي لأجزاء هيكل الطائرة، وحوامل المحركات، وعوارض الدعم التي تتطلب مقاومة تعب عالية.
الدفاع: يُستخدم في مكونات الصواريخ، وأنظمة الدوّار، وأنظمة طيران مدرعة.
توليد الطاقة: يُطبَّق في أقراص التوربين، وقنوات الهواء، وحاويات احتواء الضغط تحت إجهاد حراري.
المعدات الصناعية: يدعم المعدات الديناميكية المعرضة لإجهاد دوري وأكسدة، مثل حاويات المبادلات الحرارية.
استكشف المدونات ذات الصلة
