سبيكة التيتانيوم TA2
مقدمة عن سبيكة التيتانيوم TA2
سبيكة التيتانيوم TA2، المعروفة أيضًا بتيتانيوم الدرجة 2 (Grade 2)، هي تيتانيوم نقي تجاريًا بقوة أعلى قليلًا من TA1، مع الحفاظ على مقاومة ممتازة للتآكل وقابلية جيدة للتشكيل. تُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب قوة متوسطة وقابلية لحام فائقة ومتانة في البيئات المسببة للتآكل.
تُعد TA2 مناسبة بشكل خاص للمكونات الدقيقة في صناعات الطيران والمعالجة الكيميائية والبحرية والطب. كما أن أداءها تحت الضغط واستقرارها الحراري العالي يجعلانها مثالية لتصنيع أجزاء تيتانيوم مُشغَّلة باستخدام CNC تتطلب تفاوتات ضيقة وعمر خدمة طويل. وغالبًا ما يتم إنتاج TA2 باستخدام خدمات تشغيل CNC لمعالجة دقيقة وفعّالة.
الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لسبيكة التيتانيوم TA2
التركيب الكيميائي (نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (٪ بالوزن) | الدور الرئيسي |
|---|---|---|
التيتانيوم (Ti) | التوازن (≥98.5) | يوفر مقاومة التآكل والسلامة البنيوية |
الأكسجين (O) | ≤0.25 | يعزز القوة مع فقدان محدود للمطيلية |
النيتروجين (N) | ≤0.03 | يزيد خصائص الشد والصلادة |
الكربون (C) | ≤0.08 | يتحكم في نمو الحبيبات والقوة الميكانيكية |
الحديد (Fe) | ≤0.3 | عنصر متبقٍ يؤثر في قابلية اللحام والمتانة |
الهيدروجين (H) | ≤0.015 | يجب التحكم به لمنع التقصف |
الخواص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | المعيار/شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 4.51 غ/سم³ | ASTM B311 |
نطاق الانصهار | 1660–1670°C | ASTM E1268 |
الموصلية الحرارية | 16.4 واط/م·ك عند 100°C | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية | 0.46 µΩ·م عند 20°C | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 8.9 µم/م·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 545 جول/كغ·ك عند 20°C | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 103 غيغاباسكال عند 20°C | ASTM E111 |
الخواص الميكانيكية (في حالة التخمير)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 345–485 ميغاباسكال | ASTM E8/E8M |
حد الخضوع (0.2%) | 275–410 ميغاباسكال | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥20% | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 160–200 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف | متوسطة | ASTM E139 |
مقاومة التعب | جيدة | ASTM E466 |
الخصائص الرئيسية لسبيكة التيتانيوم TA2
مقاومة معززة للتآكل: توفر TA2 مقاومة استثنائية لمياه البحر والأوساط الحمضية والقلوية. كما تُكوّن طبقة أكسيد كثيفة (TiO₂)، مما يجعلها مناسبة للمفاعلات الكيميائية والمبادلات الحرارية البحرية وأنابيب المكثفات.
قوة متوسطة ومطيلية ممتازة: مع مقاومة شد تصل إلى 485 ميغاباسكال واستطالة ≥20%، توازن TA2 بين القابلية للتشكيل والقوة، مما يسمح بسحبها العميق وتشكيلها على البارد إلى هندسيات معقدة.
قابلية لحام فائقة: تتميز TA2 بانخفاض تلوث العناصر البينية ومقاومة قوية للتقصف أثناء اللحام بالانصهار، ما يجعلها مثالية لأوعية الضغط وأنظمة الأنابيب والهياكل الملحومة في معدات الطيران والطب.
التوافق الحيوي: السبيكة غير سامة ومتوافقة بدرجة عالية مع أنسجة الجسم، مما يجعلها خيارًا مفضلًا للغرسات الجراحية وتجهيزات الأسنان.
تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لسبيكة التيتانيوم TA2
تحديات التشغيل
تراكم الحرارة: نظرًا لأن الموصلية الحرارية أقل من الفولاذ (~16.4 واط/م·ك)، تصل مناطق القطع إلى درجات حرارة مرتفعة بسرعة، مما يزيد من تآكل الأداة.
التصاق الأداة والتخدّش (Galling): يلتصق تيتانيوم TA2 بحواف القطع عند درجات الحرارة العالية، مكوّنًا حافة متراكمة تُتلف تشطيب السطح.
الارتداد المرن: يؤدي معامل المرونة البالغ 103 غيغاباسكال إلى ارتداد أثناء تمريرات التشغيل النهائية، ما يجعل الدقة البعدية أكثر تحديًا.
تصلّب تشغيلي متوسط: تتصلب TA2 تحت ضغط الأداة، ما يتطلب إزالة رقائق ثابتة لتجنب تصلّب السطح.
استراتيجيات التشغيل المُحسّنة
اختيار الأدوات
المعيار | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد دقيق الحبيبات، إدخالات CBN | يقاوم الحرارة والتصلب الناتج عن التشغيل |
الطلاء | TiSiN، AlTiN (3–5 µm) | يقلل الالتصاق ويحسن الحاجز الحراري |
الهندسة | حافة حادة، ميل (Rake) مرتفع، حلزون منخفض | يقلل قوة القطع ويمنع التخدّش |
سرعة القطع | 30–80 م/دقيقة | توازن بين تشطيب السطح وعمر الأداة |
معدل التغذية | 0.08–0.25 مم/دورة | يضمن سماكة رقاقة تساعد على تبديد الحرارة |
سائل التبريد | مستحلب عالي الضغط (≥80 بار) | يحسن إزالة الحرارة وطرد الرقائق |
معلمات قطع التيتانيوم TA2 (متوافقة مع ISO 3685)
العملية | السرعة (م/دقيقة) | التغذية (مم/دورة) | عمق القطع (مم) | ضغط سائل التبريد (بار) |
|---|---|---|---|---|
التشغيل الخشن | 20–30 | 0.15–0.25 | 2.0–3.0 | 70–100 (عبر الأداة) |
التشغيل النهائي | 35–60 | 0.05–0.10 | 0.3–0.5 | 100–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء التيتانيوم TA2
الكبس المتساوي الحرارة الساخن (HIP) يمكن أن يعزز مقاومة التعب عبر إزالة الفجوات المجهرية وتحسين الكثافة في الأجزاء الهيكلية الحرجة من TA2.
المعالجة الحرارية لـ TA2 تشمل تخمير إزالة الإجهاد عند 540–650°C لتحسين الاستقرار البعدي وأداء التشغيل.
لحام السبائك الفائقة يوفر لحامات عالية القوة مع تشوه محدود، وهو مثالي للتجميعات رقيقة الجدران وعالية الضغط.
الطلاء الحاجز للحرارة (TBC) يحمي أجزاء TA2 في البيئات ذات الظروف الحرارية القاسية، ويقلل الأكسدة السطحية والتعب الحراري.
التشغيل باستخدام CNC مطلوب لتحقيق تفاوتات دون المليمتر وأشكال هندسية معقدة لمكونات TA2 الصناعية ومكونات الطيران.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) مفيد لإنتاج ميزات دقيقة التفاوت وثقوب مجهرية في أجزاء TA2 المقساة دون إدخال إجهاد ميكانيكي.
حفر الثقوب العميقة يضمن استقامة <0.3 مم/م وتشطيبًا ممتازًا للجدار الداخلي (Ra ≤ 1.6 µm)، وهو مناسب لقنوات التدفق والحقّانات من TA2.
اختبارات المواد مثل الشد وXRD وSEM تضمن المطابقة لمعايير الجودة الخاصة بالطيران والقطاع الطبي لـ TA2.
اختبارات وتحليل المواد
تشمل بروتوكولات الاختبار لـ TA2 الاختبارات الميكانيكية (الشد، التعب، الصلادة)، والتحليل الميتالوجرافي، والتقييم غير الإتلافي (NDE) مثل الاختبار بالموجات فوق الصوتية وفحص التيارات الدوامية لضمان سلامة الجزء.
التطبيقات الصناعية لسبيكة التيتانيوم TA2
الطيران: تُستخدم في خزانات الوقود والحوامل وقنوات الهواء البيئية بفضل القوة ومقاومة التآكل.
المعالجة الكيميائية: تُصنَّع إلى مفاعلات ومضخات وأنابيب للأحماض بفضل مقاومتها الممتازة للعوامل المؤكسِدة والمختزِلة.
الطب: غرسات، صفائح تقويم العظام، وأدوات جراحية تتطلب النقاء والتوافق الحيوي ومعامل مرونة منخفض.
البيئة البحرية: مكونات مثل المثبّتات والمبادلات الحرارية وأنابيب التحلية المعرضة لمياه البحر والمحلول الملحي.
توليد الطاقة: تُستخدم في المكثفات ووحدات التنقية وأنظمة العادم حيث يحدث تعرض للكلوريدات والأحماض.
استكشف المدونات ذات الصلة
