Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Введение в Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, широко известный как Ti5553, — это высокопрочный титановый сплав класса near-beta, разработанный для аэрокосмической отрасли, обороны и силовых конструкционных применений, где требуется исключительная механическая эффективность. Он известен превосходным соотношением прочности к массе, высокой усталостной стойкостью и глубокой прокаливаемостью, что делает его идеальным для компонентов, работающих при экстремальных нагрузках.
Из-за высокой твёрдости и металлургической сложности Ti5553 лучше всего обрабатывается с применением передовых услуг ЧПУ-обработки. Высокоточные титановые детали, обработанные на станках с ЧПУ из Ti5553 должны соответствовать жёстким размерным допускам и строгим требованиям к качеству поверхности, особенно при использовании в силовых элементах самолёта, стойках шасси и военных системах.
Химические, физические и механические свойства Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Химический состав (типичный)
Элемент | Диапазон содержания (мас.%) | Ключевая роль |
|---|---|---|
Титан (Ti) | Основа | Обеспечивает коррозионную стойкость и базовую прочность |
Алюминий (Al) | 4.5–5.5 | Стабилизатор альфа-фазы, повышает прочность при высоких температурах |
Ванадий (V) | 4.5–5.5 | Стабилизатор бета-фазы, повышает усталостную стойкость и вязкость |
Молибден (Mo) | 4.5–5.5 | Повышает сопротивление ползучести и прокаливаемость |
Хром (Cr) | 2.5–3.5 | Способствует фазовой стабильности и коррозионной стойкости |
Цирконий (Zr) | ≤0.3 | Повышает сопротивление ползучести и усталостную стойкость |
Кислород (O) | ≤0.15 | Упрочняет сплав, влияет на пластичность |
Железо (Fe) | ≤0.25 | Остаточный элемент |
Водород (H) | ≤0.015 | Контролируется для предотвращения охрупчивания |
Физические свойства
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт / условия испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 4.78 г/см³ | ASTM B311 |
Температура плавления | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Теплопроводность | 6.8 Вт/м·K при 100°C | ASTM E1225 |
Электрическое сопротивление | 1.70 µΩ·м при 20°C | ASTM B193 |
Коэффициент теплового расширения | 8.6 µм/м·°C | ASTM E228 |
Удельная теплоёмкость | 560 Дж/кг·K при 20°C | ASTM E1269 |
Модуль упругости | 115 ГПа | ASTM E111 |
Механические свойства (растворный отжиг + старение)
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт испытаний |
|---|---|---|
Предел прочности при растяжении | 1100–1350 МПа | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 1030–1250 МПа | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | ≥8% | ASTM E8/E8M |
Твёрдость | 340–390 HB | ASTM E10 |
Сопротивление ползучести | Отличное | ASTM E139 |
Усталостная стойкость | Высокая | ASTM E466 |
Ключевые характеристики Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Сверхвысокая прочность: При пределе текучести свыше 1200 МПа Ti5553 сопоставим со сталью по характеристикам, при этом имеет почти вдвое меньшую плотность.
Преобладание бета-фазы: Его near-beta микроструктура обеспечивает отличную прокаливаемость и хорошую технологичность термообработки, что идеально подходит для поковок и деталей большой толщины.
Высокая вязкость разрушения: Хорошо работает в условиях высокоцикловой усталости, что критично для авиационного крепежа и силовых связей.
Термическая стабильность и свариваемость: Хотя сварка затруднена из-за высокого содержания бета-фазы, её можно выполнить при правильном подборе присадки и термообработке после сварки.
Проблемы и решения при ЧПУ-обработке Ti5553
Проблемы обработки
Высокая прочность и наклёп: Ti5553 быстро деформируется и упрочняется, что приводит к росту сил резания и искажению поверхности, если не использовать оптимизированный инструмент.
Низкая теплопроводность: Тепло накапливается в зоне контакта инструмент–заготовка, ускоряя износ инструмента и повышая риск уходов размера.
Прилипание к инструменту и канавочный износ: Бета-фаза сплава способствует схватыванию и канавочному износу, особенно по режущим кромкам при точении и сверлении.
Жёсткий контроль допусков: Пружинение и упругое восстановление (модуль ~115 ГПа) требуют компенсации на финальных чистовых стадиях.
Оптимизированные стратегии обработки
Выбор инструмента
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | Мелкозернистый твёрдый сплав или CBN | Обеспечивает стойкость при высоких напряжениях резания |
Покрытие | AlTiN или TiSiN (≥4 µm) | Даёт термозащиту и устойчивость к абразивному износу |
Геометрия | Положительный передний угол, притуплённая кромка | Минимизирует давление резания и износ кромки |
Скорость резания | 20–50 м/мин | Снижает тепловое накопление |
Подача | 0.10–0.25 мм/об | Обеспечивает стабильное формирование стружки |
Охлаждение | Высоконапорная эмульсия ≥100 бар | Предотвращает перегрев инструмента и приваривание стружки |
Параметры резания Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553) (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 титановых деталей Ti5553
Горячее изостатическое прессование (HIP) повышает усталостную стойкость и конструкционную надёжность; идеально для стоек шасси и систем тяг/рычагов.
Термообработка включает растворный отжиг при ~830–870°C и старение при 480–600°C для оптимизации прочности.
Сварка суперсплавов требует бета-совместимой присадки и снятия напряжений после сварки, чтобы избежать альфа-слоя (alpha case) или хрупкости.
Теплозащитное покрытие (TBC) защищает компоненты в высокотемпературных средах тяги и силовых установок.
ЧПУ-обработка обеспечивает допуски ±0.01 мм для таких деталей, как рычаги управления и силовые кронштейны повышенной нагрузки.
Электроэрозионная обработка (EDM) подходит для сложных внутренних профилей и тонких элементов.
Глубокое сверление обеспечивает прямолинейность <0.3 мм/м при Ra ≤1.6 µm в толстостенных или силовых аэрокосмических сборках.
Испытания материалов включают SEM, картирование твёрдости, анализ ползучести и ультразвуковой контроль для соответствия требованиям аэрокосмической отрасли.
Испытания и анализ материалов
Ti5553 оценивают с помощью высокотемпературных испытаний на растяжение, подтверждения фазового состава микроструктуры, испытаний на сопротивление ползучести и ультразвукового неразрушающего контроля (NDT) в соответствии со стандартами AMS и ASTM.
Отраслевые применения Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Аэрокосмическая отрасль: Используется в шпангоутах/перегородках, балках стоек шасси и силовых элементах, где требуется сверхвысокая прочность.
Оборона: Применяется в каркасах брони, ракетных компонентах и ударопрочных конструкциях.
Энергетика: Идеален для корпусов компрессоров и турбинных узлов, работающих при циклических нагрузках.
Промышленное оборудование: Высоконагруженные механические муфты и силовые узлы в автоматизации и робототехнике.
Изучить связанные блоги
