Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Введение в Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Ti-3Al-2.5V, часто называемый титан Grade 12, — это титановый сплав с почти альфа-микроструктурой, упрочнённый небольшими добавками алюминия и ванадия. Он обеспечивает превосходное сочетание умеренной прочности, высокой свариваемости, отличной коррозионной стойкости и улучшенной формуемости, особенно в горячих и морских условиях эксплуатации.
Благодаря прочности и выдающейся коррозионной стойкости — особенно в кислых, хлоридсодержащих и окислительных средах — Ti-3Al-2.5V широко применяется в промышленных трубопроводных системах, теплообменниках и морских компонентах. Производители используют услуги ЧПУ-обработки и передовые процессы, чтобы изготавливать высококачественные титановые детали, обработанные на станках с ЧПУ из Grade 12 с жёсткими допусками для длительной эксплуатации в полевых условиях.
Химические, физические и механические свойства Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Химический состав (типичный)
Элемент | Диапазон содержания (мас.%) | Ключевая роль |
|---|---|---|
Титан (Ti) | Основа | Базовый элемент, отличная коррозионная стойкость |
Алюминий (Al) | 2.5–3.5 | Стабилизатор альфа-фазы, повышает прочность и пластичность |
Ванадий (V) | 1.5–2.5 | Стабилизатор бета-фазы, улучшает прокаливаемость и усталостную стойкость |
Кислород (O) | ≤0.25 | Интерстициальный упрочняющий элемент |
Железо (Fe) | ≤0.30 | Остаточный элемент |
Водород (H) | ≤0.015 | Контролируется для предотвращения охрупчивания |
Физические свойства
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт / условия испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 4.48 г/см³ | ASTM B311 |
Температура плавления | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Теплопроводность | 7.2 Вт/м·K при 100°C | ASTM E1225 |
Электрическое сопротивление | 1.65 µΩ·м при 20°C | ASTM B193 |
Коэффициент теплового расширения | 8.5 µм/м·°C | ASTM E228 |
Удельная теплоёмкость | 570 Дж/кг·K при 20°C | ASTM E1269 |
Модуль упругости | 110 ГПа | ASTM E111 |
Механические свойства (отожжённое состояние)
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт испытаний |
|---|---|---|
Предел прочности при растяжении | 620–725 МПа | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 500–620 МПа | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | ≥18% | ASTM E8/E8M |
Твёрдость | 230–270 HB | ASTM E10 |
Сопротивление ползучести | Умеренное | ASTM E139 |
Усталостная стойкость | Хорошая | ASTM E466 |
Ключевые характеристики Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Высокая коррозионная стойкость: Отличная работоспособность в окислительных и умеренно восстановительных средах, особенно в хлоридах, азотной кислоте и морской воде.
Отличная свариваемость и пластичность: Grade 12 хорошо сваривается без трещин после сварки и сохраняет пластичность, что делает его идеальным для резервуаров, труб и морских конструкций.
Термическая стабильность и стойкость к окислению: Подходит для непрерывной эксплуатации до 400°C при высокой стабильности поверхностного оксида.
Хорошая обрабатываемость давлением в холодном и горячем состоянии: Высокая формуемость делает Grade 12 практичным для теплообменников, фланцев и фитингов, где требуются гибка или глубокая вытяжка.
Проблемы и решения при ЧПУ-обработке титана Grade 12
Проблемы обработки
Склонность к схватыванию: Как и другие титановые сплавы, Grade 12 прилипает к инструменту, особенно при повышенных температурах, что ухудшает качество поверхности и точность.
Накопление тепла: При умеренной теплопроводности (7.2 Вт/м·K) сплав создаёт высокую локальную температуру на границе инструмент–заготовка, сокращая ресурс инструмента.
Пружинение и низкий модуль: Модуль упругости 110 ГПа вызывает заметное пружинение в тонкостенных деталях, влияя на точность чистовой обработки.
Износ инструмента: Хотя Grade 12 не так твёрд, как Grade 5 или 7, его склонность к наклёпу может быстро ухудшать состояние непокрытых режущих инструментов при недостаточном охлаждении.
Оптимизированные стратегии обработки
Выбор инструмента
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | Непокрытый твёрдый сплав или CBN | Сохраняет острую кромку и высокую жаростойкость |
Покрытие | TiAlN или TiSiN (3–5 µm PVD) | Помогает предотвращать приваривание стружки и схватывание |
Геометрия | Положительный передний угол, притуплённые кромки | Снижает нагрев и давление резания |
Скорость резания | 20–50 м/мин | Предотвращает перегрев и чрезмерный износ инструмента |
Подача | 0.10–0.25 мм/об | Способствует эвакуации стружки и улучшает качество поверхности |
Охлаждение | Водорастворимая эмульсия, ≥100 бар | Обеспечивает контроль температуры и вымывание стружки |
Параметры резания Ti-3Al-2.5V (Grade 12) (соответствие ISO 3685)
Операция | Скорость (м/мин) | Подача (мм/об) | Глубина резания (мм) | Давление охлаждения (бар) |
|---|---|---|---|---|
Черновая обработка | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (через инструмент) |
Чистовая обработка | 45–60 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Поверхностная обработка деталей из титана Grade 12
Горячее изостатическое прессование (HIP) применяется к критически важным деталям для устранения внутренних пустот и повышения усталостной и коррозионной стойкости.
Термообработка включает отжиг при 700–760°C для повышения пластичности и размерной стабильности в формованных или сварных деталях.
Сварка суперсплавов обеспечивает прочные сварные соединения для сосудов под давлением и химических трубопроводных систем с использованием соответствующей присадочной проволоки.
Теплозащитное покрытие (TBC) обеспечивает дополнительную защиту в теплообменниках и системах морской воды, где важны стойкость к окислению и образование накипи.
ЧПУ-обработка поддерживает производство клапанов, деталей насосов и штуцеров резервуаров с жёсткими допусками и точностью до ±0.01 мм.
Электроэрозионная обработка (EDM) эффективна для выполнения микроотверстий и тонких внутренних элементов без механических напряжений.
Глубокое сверление позволяет сверлить с отношением L/D > 30:1 при прямолинейности отверстия менее 0.3 мм/м и Ra ≤ 1.6 µm в узлах химических систем.
Испытания материалов включают испытания на межкристаллитную коррозию, подтверждение прочности при растяжении, SEM-оценку микроструктуры и ультразвуковой контроль дефектов.
Испытания и анализ материалов
Детали из титана Grade 12 испытываются на коррозионную стойкость (ASTM G28), механическую прочность (ASTM E8) и качество сварных соединений с применением методов неразрушающего контроля (NDT) для соответствия отраслевым требованиям и спецификациям заказчика.
Отраслевые применения Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Энергетика: Используется в теплообменниках, сосудах под давлением и паровых конденсаторах благодаря коррозионной стойкости и термической стабильности.
Морская отрасль: Идеален для трубопроводных систем и конструкционных элементов в условиях морской воды или рассолов.
Химическая переработка: Устойчив к воздействию хлорированных и кислых сред, включая гипохлорит и азотную кислоту.
Оборона: Трубы и облицовка Grade 12 применяются в корабельных системах и узлах силовых установок, где требуется высокая коррозионная стойкость.
Промышленное оборудование: Применяется в фитингах, резервуарах и деталях напорных систем, контактирующих с агрессивными технологическими средами.
Изучить связанные блоги
