Ti-8Al-1Mo-1V (Grade 20)
مقدمة عن Ti-8Al-1Mo-1V (الدرجة 20)
Ti-8Al-1Mo-1V، أو Grade 20، هي سبيكة تيتانيوم شبه-ألفا (Near-Alpha) مُصممة للتطبيقات التي تتطلب ثباتًا حراريًا فائقًا، وقوة عالية عند درجات الحرارة المرتفعة، ومقاومة ممتازة للأكسدة. يوفّر المحتوى المرتفع من الألومنيوم صلابة أعلى وكثافة منخفضة، مما يجعلها مناسبة لمكوّنات الطيران والصناعة والهياكل العاملة في البيئات الحرارية القاسية.
تُعد الدرجة 20 مناسبة لإنتاج أجزاء التيتانيوم المُشغَّلة باستخدام CNC بدقة عالية تتطلب ثباتًا في البيئات الحرارية والمؤكسِدة. يتم تصنيع هذه الأجزاء عادةً عبر خدمات تشغيل CNC عالية الدقة لتلبية متطلبات الجودة والتفاوتات الصارمة في تطبيقات الطيران والتوربينات والمعالجة الكيميائية.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لـ Ti-8Al-1Mo-1V (الدرجة 20)
التركيب الكيميائي (النموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (% وزني) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | الباقي | يوفر القوة الأساسية ومقاومة التآكل |
الألومنيوم (Al) | 7.5–8.5 | مثبّت للألفا يزيد القوة والصلابة |
الموليبدينوم (Mo) | 0.7–1.3 | مثبّت للبيتا يعزز مقاومة الزحف ومقاومة الأكسدة |
الفاناديوم (V) | 0.7–1.3 | يحسّن القوة والثبات الحراري |
الأكسجين (O) | ≤0.15 | يزيد القوة ويجب التحكم به للحفاظ على المطيلية |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يُتحكم به لتجنب الهشاشة |
الكربون (C) | ≤0.08 | عنصر متبقٍ يؤثر على الصلادة |
الحديد (Fe) | ≤0.30 | عنصر متبقٍ |
النيتروجين (N) | ≤0.03 | يُتحكم به لتجنب الهشاشة |
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار / شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.47 جم/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1620–1670°م | ASTM E1268 |
الموصلية الحرارية | 6.5 واط/م·ك عند 100°م | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 1.66 ميكرو أوم·م عند 20°م | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 8.8 ميكرومتر/م·°م | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 560 جول/كجم·ك عند 20°م | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 120 جيجا باسكال | ASTM E111 |
الخصائص الميكانيكية (حالة التلدين)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 850–950 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
مقاومة الخضوع (0.2%) | 800–880 ميجا باسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥10% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 280–320 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | ممتازة حتى 500°م | ASTM E139 |
مقاومة التعب | عالية | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لـ Ti-8Al-1Mo-1V (الدرجة 20)
قوة عالية عند درجات الحرارة المرتفعة: يحتفظ بخواص شد ممتازة ومقاومة زحف جيدة حتى 500°م، ما يجعله مناسبًا لبيئات الطيران والتوربينات.
مقاومة أكسدة ممتازة: يسمح المحتوى العالي من الألومنيوم بتشكّل طبقة أكسيد مستقرة، مما يقلل تدهور المادة في الهواء الساخن أو غازات العادم.
كثافة منخفضة وصلابة مرتفعة: يوفر نسبة قوة إلى وزن ممتازة، وهي ميزة مهمة للمكونات الحساسة للوزن في أنظمة الدفع والطيران.
قابلية لحام جيدة وسلامة بنيوية: يمكن لحامه بطرق الحماية بالغاز الخامل، مع إمكانية استعادة الأداء الميكانيكي عبر المعالجات اللاحقة للحام.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لتيتانيوم الدرجة 20
تحديات التشغيل
تراكم الحرارة: تتمتع الدرجة 20 بموصلية حرارية منخفضة مثل معظم سبائك التيتانيوم، ما يؤدي إلى تركّز الحرارة في منطقة القطع وزيادة تآكل الأدوات.
استرجاع مرن مرتفع: مع معامل مرونة 120 جيجا باسكال، قد يؤثر الارتداد بعد التشغيل على هندسة القطعة، خصوصًا في المقاطع الرقيقة.
التغلغل والتمسّح (Galling/Smearing): الالتصاق بسطح الأداة أثناء التشغيل قد يقلل جودة التشطيب ويستلزم تغييرات أدوات متكررة.
حساسية عمر الأداة: زيادة الألومنيوم يمكن أن تسهم في تآكل حافي (Notch wear) وتكوّن حافة مبنية عند ضعف التزييت.
استراتيجيات تشغيل محسّنة
اختيار الأدوات
المعامل | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دقيق الحبيبات، قوالب مطلية TiB2 | مقاومة تآكل عالية عند درجات الحرارة المرتفعة |
الطلاء | AlTiN أو TiSiN | يعزز مقاومة الحرارة والتآكل الكاشط |
الهندسة | زاوية ميل حادة، حافة مَصقولة قليلاً | تقلل الإجهاد وقوى القطع |
سرعة القطع | 20–50 م/دقيقة | تقلل توليد الحرارة والخطأ البُعدي |
معدل التغذية | 0.10–0.25 مم/دورة | تحكم بالرايش دون ضغط زائد |
سائل التبريد | مستحلب عالي الضغط ≥100 بار | يضمن تبديدًا جيدًا للحرارة |
معلمات القطع لـ Ti-8Al-1Mo-1V (الدرجة 20) (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 الدرجة 20
الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP) يحسن عمر التعب ويزيل المسامية الداخلية، وهو مفيد بشكل خاص لمعدات الطيران.
المعالجة الحرارية تشمل دورات تلدين وإزالة إجهاد لتحسين الاستقرار البُعدي ومقاومة الزحف.
لحام السبائك الفائقة يُجرى تحت حماية بغاز خامل، يلي ذلك معالجة حرارية لاستعادة الخواص الميكانيكية.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC) يوفر حماية من الأكسدة وعزلًا حراريًا سطحيًا في مكونات الطيران والتوربينات.
التشغيل باستخدام CNC يحقق تفاوتات ±0.01 مم على شفرات التوربين المهمة وحوامل الطيران الحساسة.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) يمكّن هندسات معقدة وجدرانًا رقيقة دون تشوه ميكانيكي.
حفر الثقوب العميقة يدعم نسبة L/D >30:1 مع Ra ≤1.6 µm، مناسب لقنوات التبريد في أجزاء الطيران.
اختبار المواد يشمل اختبارات الزحف، والتحقق من البنية المجهرية، وNDT بالموجات فوق الصوتية وفق معايير AMS وGB.
اختبار المواد والتحليل
تخضع مكونات الدرجة 20 للتحقق عبر اختبارات زحف-انهيار (Creep rupture)، وتقييم شد عند درجات حرارة مرتفعة، وتحليل بنيوي (SEM/XRD)، وكشف عيوب بالموجات فوق الصوتية لتلبية مواصفات صناعات الطيران والتوربينات.
التطبيقات الصناعية لـ Ti-8Al-1Mo-1V (الدرجة 20)
الطيران والفضاء: مكونات المحرك، والمثبتات، وأجزاء أنظمة التحكم المعرضة لدرجات حرارة مرتفعة.
توليد الطاقة: مناسب لشفرات التوربين، وعناصر المبادلات الحرارية، ومكونات غرف الاحتراق.
المعدات الصناعية: تجهيزات المعالجة الحرارية، وأذرع دعم عالية القوة، ودروع حرارية.
الدفاع: يُستخدم في هياكل دروع بنيوية وأجزاء أنظمة دفع تتطلب مقاومة أكسدة عالية.
استكشف المدونات ذات الصلة
