Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Введение в Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Ti-5Al-2.5Sn, обозначаемый как титан Grade 6, — это почти альфа-титановый сплав, сочетающий умеренную прочность, отличную свариваемость и превосходное сопротивление ползучести. Он специально разработан для работы при повышенных температурах в аэрокосмической, морской и энергетической среде.
Благодаря термической стабильности и стабильным характеристикам в окислительных атмосферах Ti-5Al-2.5Sn является надёжным выбором для критически важных титановых деталей, обработанных на станках с ЧПУ. Высокопроизводительные услуги ЧПУ-обработки применяются для изготовления прецизионных компонентов с исключительной размерной точностью даже для сложных тонкостенных аэрокосмических конструкций.
Химические, физические и механические свойства Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Химический состав (типичный)
Элемент | Диапазон содержания (мас.%) | Ключевая роль |
|---|---|---|
Титан (Ti) | Основа | Обеспечивает коррозионную стойкость и структурную стабильность |
Алюминий (Al) | 4.5–5.5 | Стабилизатор альфа-фазы, повышает прочность и стойкость к окислению |
Олово (Sn) | 2.0–3.0 | Повышает сопротивление ползучести и термоусталостную стойкость |
Кислород (O) | ≤0.15 | Упрочняет матрицу, но влияет на пластичность |
Железо (Fe) | ≤0.30 | Остаточный элемент |
Водород (H) | ≤0.015 | Требует контроля для предотвращения водородного охрупчивания |
Физические свойства
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт / условия испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 4.54 г/см³ | ASTM B311 |
Температура плавления | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Теплопроводность | 7.1 Вт/м·K при 100°C | ASTM E1225 |
Электрическое сопротивление | 1.60 µΩ·м при 20°C | ASTM B193 |
Коэффициент теплового расширения | 8.3 µм/м·°C | ASTM E228 |
Удельная теплоёмкость | 565 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 | 745–860 МПа | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 690–790 МПа | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Твёрдость | 280–320 HB | ASTM E10 |
Сопротивление ползучести | Отличное | ASTM E139 |
Усталостная стойкость | Высокая | ASTM E466 |
Ключевые характеристики Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Отличные характеристики при высоких температурах: Сохраняет механическую прочность и сопротивление ползучести до 450°C, идеально подходит для воздуховодов реактивных двигателей и конструкций форсажной камеры.
Превосходная свариваемость: Grade 6 обеспечивает высокую целостность сварного соединения без заметного ухудшения механических свойств — идеально для сосудов под давлением и аэрокосмических трубопроводов.
Термическая стабильность: Обладает низким коэффициентом теплового расширения (8.3 µм/м·°C) и высокой стойкостью к термоусталости, поддерживая работоспособность в условиях высокоцикловых тепловых нагрузок.
Стойкость к окислению: Формирование стабильного поверхностного слоя TiO₂ защищает детали от окалинообразования и коррозии в горячих газовых и морских атмосферах.
Проблемы и решения при ЧПУ-обработке титана Grade 6
Проблемы обработки
Высокая вязкость и низкая теплопроводность: Высокая вязкость в сочетании с теплопроводностью всего 7.1 Вт/м·K приводит к избыточному выделению тепла в зоне резания, вызывая износ инструмента.
Склонность к наклёпу: Ti-5Al-2.5Sn упрочняется при обработке, если нагрузка на стружку недостаточна, что ухудшает стойкость инструмента и качество поверхности.
Риск прилипания к инструменту: При высоких температурах происходит образование нароста (BUE), что снижает точность и повышает риск схватывания.
Размерная точность: Упругое восстановление и «пружинение» (модуль ~110 ГПа) требуют компенсации для сохранения размерного контроля прецизионных элементов.
Оптимизированные стратегии обработки
Выбор инструмента
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | Твёрдосплавные или CBN-пластины | Подходит для износостойкости при высоких температурах |
Покрытие | AlTiN или TiAlSiN (3–5 µm PVD) | Минимизирует адгезию и деградацию из-за нагрева |
Геометрия | Острый передний угол, притуплённые кромки | Снижает усилия и улучшает эвакуацию стружки |
Скорость резания | 20–60 м/мин | Балансирует тепловую нагрузку и качество поверхности |
Подача | 0.10–0.25 мм/об | Обеспечивает правильное формирование стружки |
Охлаждение | Высоконапорная эмульсия ≥100 бар | Предотвращает накопление тепла и снижает трение |
Параметры резания Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6) (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 | 45–65 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Поверхностная обработка деталей из титана Grade 6
Горячее изостатическое прессование (HIP) повышает плотность детали и устраняет внутренние пустоты, улучшая усталостные характеристики деталей турбин и силовых установок.
Термообработка включает снятие напряжений и старение при ~600°C, оптимизируя сопротивление ползучести и размерную стабильность.
Сварка суперсплавов обеспечивает полно-прочные швы с минимальной пористостью и трещинообразованием в аэрокосмических системах, рассчитанных на давление.
Теплозащитное покрытие (TBC) защищает детали Grade 6 от окисления и термоусталости в выхлопе реактивных двигателей или химических реакторах.
ЧПУ-обработка обеспечивает точность ±0.01 мм и критична для изготовления воздуховодов двигателя, корпусов управления и прецизионных аэрокосмических трубопроводов.
Электроэрозионная обработка (EDM) позволяет создавать прецизионные отверстия и охлаждающие каналы без внесения термических напряжений.
Глубокое сверление обеспечивает высокие отношения L/D при прямолинейности <0.3 мм/м и Ra ≤ 1.6 µm, подходит для напорных труб и воздуховодов.
Испытания материалов включают подтверждение ползучести до разрушения, анализ микроструктуры SEM и ультразвуковой контроль дефектов для обеспечения качества.
Испытания и анализ материалов
Детали Grade 6 проходят высокотемпературные испытания на растяжение, оценку ползучести, испытания на усталостную долговечность и анализ XRD/SEM для подтверждения целостности в аэрокосмических, ядерных и морских условиях эксплуатации.
Отраслевые применения Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Аэрокосмическая отрасль: Применяется для воздуховодов реактивных двигателей, гидравлических трубопроводов и обшивки планера, работающих при высоких тепловых нагрузках.
Энергетика: Высокотемпературные трубопроводы и компоненты управления потоком для паровых и газовых турбин.
Морская отрасль: Теплообменники и трубки установок опреснения, работающие в горячем рассоле и морской воде.
Оборона: Конструкции и корпуса для систем тяги и выхлопа, требующие баланса прочности и массы.
Промышленное оборудование: Оборудование для коррозионных сред и термоциклирования, например реакторы и теплообменники.
Изучить связанные блоги
