Ti-7Al
مقدمة عن Ti-7Al
Ti-7Al، المعروف أيضًا باسم تيتانيوم-7 ألومنيوم، هو سبيكة تيتانيوم شبه ألفا (Near-Alpha) طُوِّرت للتطبيقات الهيكلية عالية الحرارة التي تتطلب ثباتًا طويل الأمد، ومقاومة ممتازة للزحف، ومقاومة محسّنة للأكسدة. يساهم المحتوى العالي من الألومنيوم في تعزيز ثبات الأطوار والحفاظ على القوة عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مثاليًا لبيئات الطيران والبحرية وتوليد الطاقة.
عادةً ما تتم معالجة Ti-7Al في الحالة الملدنة أو المعالجة بالمحلول، مما يتيح تصنيعه إلى أجزاء تيتانيوم مُشغَّلة بتقنية CNC بدقة عالية. ويتم إنتاج هذه الأجزاء بدقة واتساق مرتفعين عبر خدمات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي CNC، وخاصةً لمكونات ضواغط الطائرات، وأجزاء المحركات في المناطق الساخنة، والبيئات المؤكسدة.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-7Al
التركيب الكيميائي (نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | مصفوفة أساسية مع مقاومة للتآكل والأكسدة |
الألومنيوم (Al) | 6.5–7.5 | مُثبِّت ألفا يزيد قوة التحمل في درجات الحرارة المرتفعة |
الأكسجين (O) | ≤0.15 | يعزز السبيكة، ويجب التحكم به للحفاظ على الليونة |
الكربون (C) | ≤0.08 | عنصر متبقٍ |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يُتحكم به لتجنب الهشاشة |
النيتروجين (N) | ≤0.03 | شوائب متبقية بسيطة |
الحديد (Fe) | ≤0.25 | عنصر متبقٍ |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.48 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1600–1670°C | ASTM E1268 |
التوصيل الحراري | 6.4 واط/م·ك عند 100°C | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.65 ميكروأوم·م عند 20°C | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 8.4 ميكرومتر/م·°C | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 560 جول/كجم·ك عند 20°C | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 116 جيجا باسكال | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (الحالة الملدنة)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 830–900 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
حد الخضوع (0.2%) | 780–850 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥12% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 270–300 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | ممتازة حتى 500°C | ASTM E139 |
مقاومة التعب | عالية | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-7Al
قوة في درجات الحرارة المرتفعة: يحافظ على سلامة ميكانيكية ممتازة فوق 450°C، مناسب لمحركات الطيران عالية الأداء والهياكل.
مقاومة أكسدة متميزة: يساعد المحتوى العالي من Al على تكوين طبقة مستقرة من جسيمات TiO₂-Al₂O₃ النانوية، ما يوفر مقاومة للتقشر الحراري.
أداء زحف ممتاز: يوفر Ti-7Al ثباتًا أبعاديًا وميكانيكيًا طويل الأمد تحت الأحمال المستمرة عند درجات الحرارة المرتفعة.
قابلية جيدة للحام: يمكن لحامه بالانصهار مع حماية مناسبة بغاز خامل ومعالجة حرارية بعد اللحام.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لـ Ti-7Al
تحديات التشغيل
التصلب بالتشغيل: تميل السبيكة إلى التصلب أثناء التشغيل، مما يجعل التمريرات المتعاقبة أكثر صعوبة دون معدلات تغذية مناسبة.
انخفاض التوصيل الحراري: يؤدي تراكم الحرارة قرب منطقة القطع إلى زيادة خطر الضرر الحراري وتقليل عمر الأداة.
الارتداد المرن: يؤثر الارتداد الناتج عن معامل مرونة متوسط على سماحات الأبعاد في عمليات التشطيب.
صلادة سطح الأكسيد: تكون الأسطح بعد المعالجة الحرارية أو المؤكسدة كاشطة وقد تزيد من تآكل الأداة.
استراتيجيات التشغيل المُحسَّنة
اختيار الأداة
المعيار | التوصية | السبب |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دقيق الحبيبات أو CBN | يوفر مقاومة عالية للتآكل الحراري والكاشط |
الطلاء | AlTiN أو TiCN | يحسن مقاومة الحرارة ويقلل احتكاك الأداة |
الهندسة | زاوية قطع موجبة، حافة مصقولة | يقلل قوى القطع ويخفف التصاق الرقائق |
سرعة القطع | 20–45 م/دقيقة | تتحكم في التأثيرات الحرارية وجودة السطح |
معدل التغذية | 0.10–0.20 مم/دورة | يضمن إزالة فعالة للرقائق وتشطيبًا سطحيًا جيدًا |
سائل التبريد | مستحلب عالي الضغط ≥100 بار | أساسي للتحكم بالحرارة والرقائق |
معلمات القطع لـ Ti-7Al (مطابقة ISO 3685)
العملية | السرعة (م/دقيقة) | التغذية (مم/دورة) | عمق القطع (مم) | ضغط التبريد (بار) |
|---|---|---|---|---|
تشغيل خشن | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (عبر الأداة) |
تشغيل نهائي | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء تيتانيوم Ti-7Al
الكبس المتساوي الخواص الساخن (HIP) يحسن مقاومة التعب ويزيد كثافة البنية المجهرية، وهو أمر حاسم لمكونات توربينات الطيران.
المعالجة الحرارية تتضمن تلدينًا أو معالجات تعتيق عند 700–850°C لتحسين أداء الزحف وتخفيف الإجهادات.
لحام السبائك الفائقة يتيح وصلات لحام عالية القوة تحت حماية خاملة، تليها معالجة حرارية لضمان اتساق الخواص الميكانيكية.
طلاء الحاجز الحراري (TBC) يعزز مقاومة الحرارة لأغلفة المحركات والبيئات المؤكسدة.
التشغيل باستخدام CNC يضمن إنتاجًا بسماحات ضيقة لتطبيقات الطيران والدفاع الدقيقة.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) يتيح تحقيق أشكال هندسية فائقة الدقة في المناطق صعبة التشغيل.
حفر الثقوب العميقة يتيح إنشاء قنوات طويلة بنسبة L/D >30:1 وتشطيب سطحي ≤1.6 ميكرومتر.
اختبار المواد يشمل التحقق من الزحف والشد، وفحص البنية المجهرية، وفحص العيوب بالموجات فوق الصوتية.
اختبار المواد والتحليل
يتم التحقق من مكونات Ti-7Al باستخدام اختبارات كسر الزحف، وتقييم خصائص الشد، وتحليل XRD لتحديد الأطوار، وتصوير SEM، والاختبارات بالموجات فوق الصوتية وفقًا لمعايير جودة الطيران.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-7Al
الطيران والفضاء: ستاتورات المحركات، وحلقات الضاغط، ومسامير/مثبتات القسم الساخن التي تتطلب مقاومة للأكسدة والزحف.
توليد الطاقة: شفرات توربينات البخار ومسامير الربط الهيكلية تحت أحمال حرارية مستمرة.
المعدات الصناعية: مكونات لأدوات التشغيل عالية الحرارة، والمفاعلات الحرارية، والأعمدة الدوارة.
الدفاع: حوامل دفاعية للطيران وهياكل دفع تتعرض لدرجات حرارة مرتفعة متذبذبة.
استكشف المدونات ذات الصلة
