Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Введение в Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr, широко известный как TA15, — это высокопрочный титановый сплав класса альфа + бета, широко применяемый в аэрокосмической отрасли, оборонной промышленности и энергетическом машиностроении. Он обладает отличной свариваемостью, высокой усталостной прочностью и хорошей сопротивляемостью ползучести при повышенных температурах, что делает его идеальным для силовых деталей, работающих в тяжёлых условиях.
TA15 демонстрирует превосходное соотношение прочности к массе и стабильность при тепловых нагрузках. Эти свойства делают его оптимальным для ответственных титановых деталей, обработанных на станках с ЧПУ, особенно при изготовлении с использованием высокоточных услуг ЧПУ-обработки, обеспечивающих жёсткие допуски и стабильное качество для авиационных конструкций, креплений двигателя и опорных рам.
Химические, физические и механические свойства Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Химический состав (типичный)
Элемент | Диапазон содержания (мас.%) | Ключевая роль |
|---|---|---|
Титан (Ti) | Основа | Базовый элемент, обеспечивающий коррозионную стойкость и конструкционную прочность |
Алюминий (Al) | 6.0–7.0 | Стабилизатор альфа-фазы, повышает прочность при высоких температурах |
Молибден (Mo) | 0.8–1.2 | Стабилизатор бета-фазы, повышает сопротивление ползучести и усталостную стойкость |
Ванадий (V) | 0.8–1.2 | Повышает прочность и фазовую стабильность |
Цирконий (Zr) | 1.8–2.2 | Повышает сопротивление ползучести и термическую стабильность |
Кислород (O) | ≤0.15 | Повышает прочность, но снижает пластичность |
Железо (Fe) | ≤0.30 | Остаточный элемент |
Водород (H) | ≤0.015 | Поддерживается на низком уровне для предотвращения охрупчивания |
Физические свойства
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт / условия испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 4.52 г/см³ | ASTM B311 |
Температура плавления | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Теплопроводность | 7.0 Вт/м·K при 100°C | ASTM E1225 |
Электрическое сопротивление | 1.65 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 | 1000–1150 МПа | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 900–1050 МПа | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | ≥8% | ASTM E8/E8M |
Твёрдость | 330–370 HB | ASTM E10 |
Сопротивление ползучести | Отличное | ASTM E139 |
Усталостная стойкость | Высокая | ASTM E466 |
Ключевые характеристики Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Высокая конструкционная прочность: При прочности на растяжение >1000 МПа и усталостной прочности, соответствующей деталям авиационного класса, TA15 идеально подходит для сильно нагруженных элементов планера.
Термическая и окалиностойкость: Сплав сохраняет конструкционную целостность до 500°C, сопротивляясь деформации и окислению при длительной эксплуатации.
Хорошая свариваемость: TA15 можно сваривать стандартными методами с минимальным влиянием на механические свойства при условии правильной термообработки после сварки.
Отличная усталостная долговечность: Near-alpha микроструктура обеспечивает длительный ресурс в динамических применениях, таких как несущие винты вертолётов и крепления авиационных двигателей.
Проблемы и решения при ЧПУ-обработке титана TA15
Проблемы обработки
Низкая теплопроводность: Как и другие титановые сплавы, TA15 накапливает тепло в зоне контактирования инструмент–стружка, что повышает износ инструмента и риск термодеформаций.
Наклёп и упругое восстановление: Сплав быстро упрочняется при обработке и пружинит из-за модуля упругости 115 ГПа, что осложняет точную чистовую обработку.
Прилипание к инструменту: При недостаточном охлаждении или неправильной геометрии инструмента TA15 склонен к налипанию, что вызывает схватывание и повреждение поверхности.
Канавочный износ и контроль стружки: Непрерывная стружка и канавочный износ требуют оптимизированной геометрии резания и стратегии подачи СОЖ.
Оптимизированные стратегии обработки
Выбор инструмента
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | Мелкозернистый твёрдый сплав или пластины с PVD-покрытием | Износостойкость и температурная стабильность |
Покрытие | AlTiN или TiSiN (≥4 µm) | Предотвращает схватывание и повышает стойкость инструмента |
Геометрия | Положительный передний угол, скруглённая кромка | Снижает тепловыделение и силы резания |
Скорость резания | 20–50 м/мин | Контролирует тепловую нагрузку |
Подача | 0.10–0.25 мм/об | Поддерживает требуемую толщину стружки |
Охлаждение | Эмульсионная СОЖ, ≥100 бар | Улучшает охлаждение и вынос стружки |
Параметры резания Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15) (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 (Through-tool) |
Чистовая обработка | 45–60 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Surface Treatment for TA15 Titanium Parts
Горячее изостатическое прессование (HIP) повышает конструкционную целостность и усталостную стойкость, особенно для деталей планера или турбинных узлов.
Термообработка обычно включает старение в диапазоне 500–600°C для оптимизации распределения фаз и сопротивления ползучести.
Сварка суперсплавов эффективна при использовании бета-совместимой присадки и снятия напряжений после сварки, чтобы избежать образования alpha-case.
Теплозащитное покрытие (TBC) защищает детали TA15, подвергающиеся нагреву и воздействию окислительной среды, особенно в выпускных системах.
ЧПУ-обработка поддерживает изготовление силовых деталей с допусками вплоть до ±0.01 мм.
Электроэрозионная обработка (EDM) позволяет создавать микрогеометрию на упрочнённом TA15 без термических деформаций.
Глубокое сверление идеально подходит для прецизионных отверстий и охлаждающих каналов, обеспечивая Ra ≤ 1.6 µm и L/D > 30:1.
Испытания материалов включают механические, металлографические, испытания на ползучесть и неразрушающий контроль для обеспечения качества в аэрокосмической и оборонной сфере.
Испытания и анализ материалов
Компоненты из сплава TA15 подтверждаются испытаниями на растяжение и ползучесть, анализом усталости, оценкой фаз и микроструктуры (SEM/XRD), а также ультразвуковым или вихретоковым НК (NDT) по стандартам AMS или GB.
Отраслевые применения Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Аэрокосмическая отрасль: Подходит для силовых деталей планера, пилонов двигателя и опорных балок, где требуется высокая усталостная стойкость.
Оборона: Применяется в ракетных компонентах, роторных системах и бронированных аэрокосмических системах.
Энергетика: Используется в турбинных дисках, воздуховодах и корпусах, работающих под термонагрузкой.
Промышленное оборудование: Подходит для динамического оборудования, подверженного циклическим нагрузкам и окислению, например, корпусов теплообменников.
Изучить связанные блоги
