Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Введение в Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Ti-10V-2Fe-3Al, или Grade 19, — метастабильный бета-титановый сплав, разработанный для высокопрочных конструкционных применений, где требуются отличная холодная формуемость и глубокая прокаливаемость. Он сочетает высокую прочность на растяжение, отличную вязкость разрушения и умеренную коррозионную стойкость, что делает его перспективным для аэрокосмической отрасли, обороны и промышленного оборудования.
Благодаря высоким механическим характеристикам и хорошей обрабатываемости в состоянии после растворного отжига, Ti-10V-2Fe-3Al отлично подходит для прецизионных титановых деталей, обработанных на станках с ЧПУ. Такие детали выигрывают от жёстких допусков, качественной поверхности и технологической гибкости, которую дают современные услуги ЧПУ-обработки, особенно для силовых авиационных и автомобильных компонентов.
Химические, физические и механические свойства Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Химический состав (типичный)
Элемент | Диапазон содержания (мас.%) | Ключевая роль |
|---|---|---|
Титан (Ti) | Основа | Коррозионная стойкость и базовая конструкционная основа |
Ванадий (V) | 9.0–11.0 | Стабилизатор бета-фазы, повышает прочность и пластичность |
Железо (Fe) | 1.7–2.3 | Увеличивает прокаливаемость и прочностные характеристики |
Алюминий (Al) | 2.5–3.5 | Повышает прочность и стабильность структуры |
Кислород (O) | ≤0.15 | Упрочняет сплав с небольшим компромиссом по пластичности |
Водород (H) | ≤0.015 | Контролируется для предотвращения охрупчивания |
Азот (N) | ≤0.03 | Остаточный элемент |
Углерод (C) | ≤0.05 | Остаточный элемент |
Физические свойства
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт / условия испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 4.64 г/см³ | ASTM B311 |
Температура плавления | 1580–1620°C | ASTM E1268 |
Теплопроводность | 7.2 Вт/м·K при 100°C | ASTM E1225 |
Электрическое сопротивление | 1.68 µΩ·м при 20°C | ASTM B193 |
Коэффициент теплового расширения | 8.7 µм/м·°C | ASTM E228 |
Удельная теплоёмкость | 560 Дж/кг·K при 20°C | ASTM E1269 |
Модуль упругости | 114 ГПа | ASTM E111 |
Механические свойства (растворный отжиг + старение)
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт испытаний |
|---|---|---|
Предел прочности при растяжении | 1100–1250 МПа | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 1030–1180 МПа | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Твёрдость | 330–370 HB | ASTM E10 |
Сопротивление ползучести | От умеренного до хорошего | ASTM E139 |
Усталостная стойкость | Высокая | ASTM E466 |
Ключевые характеристики Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Высокая прочность на растяжение и текучесть: После термообработки предел текучести >1000 МПа — сопоставимо с некоторыми сталями при примерно на 45% меньшей плотности.
Хорошая холодная формуемость: В отличие от большинства высокопрочных титановых марок, Grade 19 сохраняет умеренную пластичность в состоянии после растворного отжига и подходит для операций формообразования.
Глубокая прокаливаемость: Обеспечивает равномерные механические свойства по толщине, что важно для поковок и силовых деталей большой секции.
Свариваемость при условии последующей обработки: Возможна сварка в состоянии после растворного отжига с правильным присадочным материалом и последующим старением для восстановления прочности.
Проблемы и решения при ЧПУ-обработке титана Grade 19
Сложности обработки
Умеренная склонность к наклёпу: Хотя сплав обрабатывается легче, чем альфа-бета сплавы, Ti-10V-2Fe-3Al всё же может упрочняться при плохом контроле стружки.
Накопление тепла и износ инструмента: Теплопроводность низкая, поэтому нужны высокое давление СОЖ и острый инструмент, чтобы избежать прижогов поверхности и разрушения режущей кромки.
Пружинение и упругое восстановление: Модуль упругости 114 ГПа вызывает небольшое пружинение на тонкостенных и прецизионных деталях.
Задиры на поверхности: Высокопрочная бета-фаза может вызывать размазывание и задиры на кромке при сухом резании или недостаточной смазке.
Оптимизированные стратегии обработки
Выбор инструмента
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | Мелкозернистый твёрдый сплав или CBN | Обеспечивает прочность и износостойкость |
Покрытие | AlTiN или TiSiN (≥3 µm PVD) | Снижает риск задиров и увеличивает стойкость |
Геометрия | Острый положительный передний угол, притуплённая кромка | Минимизирует наклёп и силы резания |
Скорость резания | 25–55 м/мин | Снижает температуру инструмента и деформации |
Подача | 0.10–0.25 мм/об | Поддерживает чистое резание и отвод стружки |
Охлаждение | Эмульсия через инструмент ≥100 бар | Эффективное охлаждение и вымывание стружки |
Параметры резания Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19) (соответствие ISO 3685)
Операция | Скорость (м/мин) | Подача (мм/об) | Глубина резания (мм) | Давление СОЖ (бар) |
|---|---|---|---|---|
Черновая обработка | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (Through-tool) |
Чистовая обработка | 45–60 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Поверхностная обработка деталей из титана Grade 19
Горячее изостатическое прессование (HIP) повышает усталостный ресурс и плотность структуры для авиационных поковок и деталей шасси.
Термообработка включает растворный отжиг при 750–800°C и старение при 500–550°C для оптимизации прочности и пластичности.
Сварка суперсплавов возможна в состоянии после растворного отжига с последующим старением шва для восстановления механических характеристик.
Теплозащитное покрытие (TBC) применяется на деталях, работающих при циклических тепловых нагрузках, для защиты от окисления.
ЧПУ-обработка обеспечивает изготовление критических деталей полёта или элементов подвески с допусками до ±0.01 мм.
Электроэрозионная обработка (EDM) используется для сложных контуров, охлаждающих отверстий и микрогеометрии на упрочнённых деталях.
Глубокое сверление обеспечивает L/D >30:1 при прямолинейности <0.3 мм/м и шероховатости Ra ≤1.6 µm.
Испытания материалов подтверждают фазовый состав, равномерность твёрдости и структурную целостность с помощью растяжения, ползучести и ультразвукового НК.
Испытания и анализ материалов
Испытания Ti-10V-2Fe-3Al включают проверку прочности при повышенных температурах, оценку отклика на старение, определение вязкости разрушения и ультразвуковой контроль дефектов в соответствии с аэрокосмическими и военными стандартами.
Отраслевые применения Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Аэрокосмическая отрасль: Фитинги самолётов, гидроцилиндры и крепёж, где важны высокая прочность и низкая масса.
Оборона: Компоненты корпусов ракет, элементов планера и ударопоглощающих узлов.
Энергетика: Силовые болты и вращающиеся детали в высоконагруженных высокоскоростных турбинных сборках.
Промышленное оборудование: Роботизированные рамы, шарнирные узлы и силовые системы, где требуются лёгкость и долговечность.
Изучить связанные блоги
