Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
مقدمة عن Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (الدرجة 7)
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo، المعروف شائعًا باسم تيتانيوم الدرجة 7، هو سبيكة ألفا-بيتا عالية القوة صُممت خصيصًا للخدمة عند درجات حرارة مرتفعة. وبفضل مقاومة الزحف الممتازة، وقابلية اللحام الجيدة، ومقاومة التآكل القوية، تُستخدم هذه السبيكة على نطاق واسع في مكوّنات توربينات الطيران وأنظمة الدفع المتقدمة.
إن استقرارها البنيوي وأداءها في البيئات المؤكسِدة يجعلان Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo مثاليًا لإنتاج أجزاء تيتانيوم مُشغَّلة باستخدام CNC بدقة عالية. ويعتمد المصنعون على خدمات التشغيل باستخدام CNC عالية الدقة لتلبية التفاوتات الضيقة للأجزاء الحرجة للمهام التي تتعرض لإجهادات دورية وحرارة شديدة.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (الدرجة 7)
التركيب الكيميائي (النموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | يوفر السلامة الهيكلية ومقاومة التآكل |
الألومنيوم (Al) | 5.5–6.5 | مثبّت طور الألفا، يحسن قوة درجات الحرارة المرتفعة |
القصدير (Sn) | 1.8–2.5 | يعزز مقاومة الزحف والاستقرار الحراري |
الزركونيوم (Zr) | 3.6–4.5 | يزيد مقاومة الأكسدة |
الموليبدينوم (Mo) | 5.5–6.5 | مثبّت طور البيتا يعزز قابلية التقسية وقوة التعب |
السيليكون (Si) | ≤0.25 | يحسن خصائص الزحف |
الأكسجين (O) | ≤0.15 | عنصر بيني مقوٍّ |
الحديد (Fe) | ≤0.30 | عنصر متبقٍ |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يتم التحكم به لمنع الهشاشة الهيدروجينية |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.65 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1600–1670°م | ASTM E1268 |
الموصلية الحرارية | 6.4 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.68 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 | 112 جيجا باسكال | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (حالة التخمير)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 895–1000 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 825–900 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥10% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 320–360 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | ممتازة | ASTM E139 |
مقاومة التعب | عالية | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (الدرجة 7)
مقاومة زحف استثنائية: تتحمل التعرض المطوّل لدرجات حرارة تصل إلى 500°م، مما يجعلها مثالية لمحركات التوربينات وهياكل الحماية الحرارية.
مقاومة تعب عند درجات الحرارة المرتفعة: صُممت للأداء تحت أحمال حرارية وميكانيكية دورية، وتتفوق الدرجة 7 في بيئات محركات الطائرات والحارق اللاحق.
مقاومة التآكل والأكسدة: تعزز إضافات Sn وZr تكوين طبقة أكسيد كثيفة، مما يوفر مقاومة قوية للتقشر في الأجواء المؤكسِدة.
قابلية لحام جيدة: يمكن لحام Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo بشكل موثوق مع إجراء معالجة حرارية بعد اللحام للحفاظ على القوة والبنية رغم ارتفاع محتوى عناصر السبيكة.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لتيتانيوم الدرجة 7
تحديات التشغيل
قوة عالية وموصلية منخفضة: إن قوى تقارب 1000 ميجا باسكال وموصلية حرارية تبلغ 6.4 واط/م·ك تتطلب إدارة حرارية دقيقة أثناء القطع.
تصلب بالتشغيل شديد: تتصلب هذه السبيكة بسرعة إذا كان حمل الرايش غير كافٍ، مما قد يؤدي إلى تلف الأداة وعدم دقة الأبعاد.
التصاق الأداة وتآكل الحافة: تلتصق السبيكة بأدوات القطع وتسبب تآكلًا كاشطًا، خاصة على اللقم غير المطلية.
الارتداد والاسترجاع المرن: يؤدي معامل المرونة المرتفع (112 جيجا باسكال) إلى انحراف مرن، مما يصعّب التحكم بالشكل في تمريرات التشطيب.
استراتيجيات تشغيل محسّنة
اختيار الأدوات
المعامل | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دون ميكروني أو لقم CBN | مثالية للسبائك الصعبة ومقاومة الحرارة العالية |
الطلاء | AlTiN أو TiSiN (3–5 ميكرومتر PVD) | يحسن الحماية الحرارية ويقلل الالتصاق/التخديد |
الهندسة | زاوية ميل موجبة، حافة قطع مصقولة | تقلل قوة القطع والتصاق الرايش |
سرعة القطع | 20–50 م/دقيقة | يقلل الحرارة وتآكل الأداة |
معدل التغذية | 0.08–0.20 مم/دورة | يحافظ على سماكة الرايش |
سائل التبريد | مستحلب عالي الضغط ≥100 بار | يعزز التبريد وإخلاء الرايش |
معلمات القطع لـ Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (الدرجة 7) (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 7
الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP) يزيل الفراغات الداخلية ويعزز القوة الميكانيكية وعمر التعب في مكونات توربينات البنية الهيكلية.
المعالجة الحرارية تحسن مقاومة الزحف واستقرار الأطوار عبر التعتيق عند 550–650°م لمدة 2–8 ساعات.
لحام السبائك الفائقة يتيح وصلات آمنة في أنظمة الضغط وتجميعات الطيران باستخدام مواد حشو متوافقة من Ti-6-2-4-6.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC) يحمي أجزاء الدرجة 7 من الأكسدة الحرارية والتعرض للهب في المحركات والمفاعلات.
التشغيل باستخدام CNC يمكّن تصنيع حلقات التوربينات، والقنوات، ومكونات القسم الساخن بتفاوتات عالية ودقة تصل إلى ±0.01 مم.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) يضمن الدقة في الميزات المعقدة والأجزاء رفيعة الجدران دون إحداث مناطق متأثرة بالحرارة.
حفر الثقوب العميقة يحقق نسب L/D عالية لقنوات سائل التبريد، مع استقامة الثقب <0.3 مم/م وRa ≤ 1.6 µm.
اختبار المواد يشمل SEM، واختبارات الزحف، والفحص غير الإتلافي بالموجات فوق الصوتية، وتقييمات استقرار الأطوار لتلبية مواصفات صناعات الطيران والطاقة.
اختبار المواد والتحليل
يشمل التحقق اختبارات ميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، وتحليل تمزق الزحف، وXRD لتقييم الأطوار، وفحصًا كاملًا بالموجات فوق الصوتية أو بالتيارات الدوامية وفق معايير الطيران.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (الدرجة 7)
الطيران والفضاء: يُستخدم في حلقات التوربينات، وبطانات الحارق اللاحق، وأغلفة محركات الطائرات النفاثة المعرضة لدرجات حرارة قصوى.
توليد الطاقة: مثالي للأنابيب عالية الحرارة، والشفرات، ومكوّنات أنظمة الوقود.
الدفاع: مكونات مثل أغطية العادم، وأجزاء الصواريخ، والمثبتات الهيكلية لمقاومة الحرارة والقوة.
المعدات الصناعية: يُطبّق في البيئات المسببة للتآكل والحرارية الدورية مثل الأفران، والمبادلات الحرارية، وأوعية الضغط.
استكشف المدونات ذات الصلة
