Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Grade 4)
مقدمة عن Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (الدرجة 4)
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo، المعروف أيضًا باسم تيتانيوم الدرجة 4 ضمن عائلة سبائك الطيران، هو سبيكة تيتانيوم شبه-ألفا (near-alpha) صُممت لتوفير قوة ممتازة عند درجات الحرارة المرتفعة، واستقرار حراري، ومقاومة للتآكل. تُستخدم هذه السبيكة على نطاق واسع في توربينات الغاز، وهياكل الطائرات، وتطبيقات أخرى تتطلب أداءً طويل الأمد تحت درجات حرارة مرتفعة.
إن ثباتها الميكانيكي الموثوق ومقاومتها للأكسدة يجعلانها مادة مفضلة لإنتاج أجزاء تيتانيوم مُشغَّلة باستخدام CNC بمواصفات عالية. وللتطبيقات التي تتطلب تفاوتات ضيقة وتحكمًا دقيقًا في الأبعاد ضمن بيئات قاسية، يعتمد المصنعون على خدمات التشغيل باستخدام CNC المتقدمة لإنتاج مكونات دقيقة من تيتانيوم الدرجة 4.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (الدرجة 4)
التركيب الكيميائي (النموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | العنصر الأساسي مع مقاومة للتآكل والحرارة |
الألومنيوم (Al) | 5.5–6.5 | مثبّت طور الألفا لقوة درجات الحرارة المرتفعة |
القصدير (Sn) | 1.8–2.5 | يحسن مقاومة الزحف |
الزركونيوم (Zr) | 3.6–4.5 | يعزز مقاومة الأكسدة والقوة |
الموليبدينوم (Mo) | 1.8–2.5 | مثبّت طور البيتا يزيد قابلية التقسية |
السيليكون (Si) | ≤0.25 | يقوّي البنية ويعزز مقاومة الزحف |
الأكسجين (O) | ≤0.15 | يقوّي لكنه يؤثر على المطيلية |
الحديد (Fe) | ≤0.30 | عنصر متبقٍ |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يتم التحكم به لتجنب الهشاشة |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.55 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1600–1660°م | ASTM E1268 |
الموصلية الحرارية | 6.8 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.62 ميكرو أوم·م عند 20°م | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 8.5 ميكرومتر/م·°م | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 570 جول/كجم·ك عند 20°م | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 108 جيجا باسكال | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (حالة التخمير)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 860–980 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 790–900 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥10% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 300–340 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | ممتازة | ASTM E139 |
مقاومة التعب | عالية | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (الدرجة 4)
قوة عند درجات الحرارة المرتفعة: تحافظ الدرجة 4 على قوة عالية ومقاومة للزحف حتى 500°م، مما يجعلها مناسبة لمحركات توربينات الغاز، وهياكل الطائرات، والدروع الحرارية.
مقاومة ممتازة للأكسدة: تدعم إضافة الزركونيوم والقصدير تكوين طبقة أكسيد مستقرة، مما يضمن متانة طويلة الأمد في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة والغنية بالأكسجين.
مقاومة التعب الحراري: يوفّر توازن عناصر السبيكة استقرارًا تحت دورات التسخين والتبريد، وهو أمر حاسم لمكونات الطيران وتوليد الطاقة.
قابلية لحام واستقرار فائقان: على الرغم من كونها سبيكة شبه-ألفا، فهي قابلة للحام بسهولة وتحافظ على توازن الأطوار بعد دورات التسخين، مما يجعلها مثالية للتجميعات عالية الضغط.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لتيتانيوم الدرجة 4
تحديات التشغيل
معدل تصلّب بالتشغيل مرتفع: تميل الدرجة 4 إلى التصلب أثناء تلامس الأداة، مما يتطلب تحسين حمل الرايش وحدّة الأداة لتجنب تشوه السطح.
موصلية حرارية منخفضة: مع موصلية تبلغ 6.8 واط/م·ك فقط، تحتفظ السبيكة بالحرارة عند واجهة الأداة والرايش، مما يقلل عمر الأداة ويزيد احتمالية التشوه الحراري.
تآكل الأدوات والالتصاق: يؤدي تكوّن الأكسيد القوي ومناطق غنية بالبيتا إلى تسريع التآكل وتعزيز التصاق الرايش بالأدوات، مما يؤثر على تشطيب السطح.
الاسترجاع المرن: مع معامل مرونة يبلغ 108 جيجا باسكال، تُظهر السبيكة ارتدادًا مرنًا ملحوظًا، خاصة في الأجزاء رقيقة الجدران وعمليات التشطيب.
استراتيجيات تشغيل محسّنة
اختيار الأدوات
المعامل | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دقيق الحبيبات أو لقم خزفية | قوة عالية ومقاومة للحرارة |
الطلاء | AlTiN أو TiSiN (3–5 ميكرومتر) | يقلل الحافة المتراكمة (BUE) ويزيد عمر الأداة |
الهندسة | حافة حادة، زاوية ميل موجبة عالية | يخفض قوة القطع والمدخل الحراري |
سرعة القطع | 25–60 م/دقيقة | يمنع فرط التسخين وتصلب السطح |
معدل التغذية | 0.10–0.25 مم/دورة | يدعم تكوين الرايش ويتجنب التزجيج |
سائل التبريد | سائل تبريد مستحلب، ≥100 بار | يوفر تبريدًا فعالًا وطردًا للرايش |
معلمات القطع لـ Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (الدرجة 4) (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 4
الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP) يكثّف الفجوات الدقيقة الداخلية ويزيد عمر التعب، خاصة للمكونات الحرجة للطيران.
المعالجة الحرارية تتضمن تعتيقًا عند 600–675°م لتعزيز مقاومة الزحف والاستقرار البُعدي في مكونات التوربينات.
لحام السبائك الفائقة يضمن لحامات اندماجية كاملة القوة لتجميعات الطيران والدفع باستخدام أسياخ حشو متوافقة.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC) يضيف حماية ضد الأكسدة والتعب الحراري للمكونات في محركات الطائرات والمفاعلات عالية الحرارة.
التشغيل باستخدام CNC يدعم تفاوتات ±0.01 مم وهو مثالي لمكونات الطيران، والحوافز عالية الأداء، والحاملات.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) يتيح ميزات دقيقة مثل الفتحات والجيوب العميقة في الأجزاء المعالَجة حراريًا.
حفر الثقوب العميقة يوفر أعماق ثقوب بنسبة L/D > 30:1 وتشطيب سطح Ra ≤ 1.6 µm في المكونات الهيكلية ومكونات التبريد.
اختبار المواد يشمل اختبارات الشد، وتمزق الزحف، وبنية SEM المجهرية، والفحص غير الإتلافي بالموجات فوق الصوتية وفق معايير ضمان جودة الطيران.
اختبار المواد والتحليل
تشمل عملية التحقق من المواد للدرجة 4 اختبارات الشد عند درجات حرارة مرتفعة، وتقييم تمزق الزحف، والصلادة المجهرية، وXRD، والتحليل المعدني (الميتالوجرافي)، لضمان الامتثال لمعايير الطيران والمعايير النووية.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (الدرجة 4)
الطيران والفضاء: أغطية المحركات، ومكونات الحارق اللاحق، وأجزاء الفوهات التي تعمل فوق 400°م.
توليد الطاقة: شفرات توربينات الغاز، وقنوات العادم، وعناصر غرفة الاحتراق عالية الضغط.
أنظمة الدفاع: موصلات هيكلية للطيران وبطانات أنظمة الدفع التي تتطلب تحملًا حراريًا.
المعدات الصناعية: مبادلات حرارية وأختام عالية الضغط في بيئات مسببة للتآكل ومع دورات حرارية متكررة.
مثبتات الطيران: مسامير وأنظمة حواف (فلنجات) لمناطق الأحمال الحرارية المرتفعة وإجهاد التعب عالي الدورات.
استكشف المدونات ذات الصلة
