Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Введение в Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, широко известный как титан Grade 7, — это высокопрочный альфа-бета-сплав, специально разработанный для работы при высоких температурах. Обладая отличным сопротивлением ползучести, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью, этот сплав широко используется в аэрокосмических турбинных компонентах и современных системах тяги.
Его структурная стабильность и работоспособность в окислительных средах делают Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo идеальным для прецизионных титановых деталей, обработанных на станках с ЧПУ. Производители полагаются на высокоточные услуги ЧПУ-обработки, чтобы выдерживать жёсткие допуски для критически важных деталей, работающих при циклических напряжениях и экстремальном нагреве.
Химические, физические и механические свойства Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Химический состав (типичный)
Элемент | Диапазон содержания (мас.%) | Ключевая роль |
|---|---|---|
Титан (Ti) | Основа | Обеспечивает конструкционную целостность и коррозионную стойкость |
Алюминий (Al) | 5.5–6.5 | Стабилизатор альфа-фазы, повышает прочность при высоких температурах |
Олово (Sn) | 1.8–2.5 | Повышает сопротивление ползучести и термическую стабильность |
Цирконий (Zr) | 3.6–4.5 | Повышает стойкость к окислению |
Молибден (Mo) | 5.5–6.5 | Стабилизатор бета-фазы, повышает прокаливаемость и усталостную прочность |
Кремний (Si) | ≤0.25 | Улучшает характеристики ползучести |
Кислород (O) | ≤0.15 | Интерстициальный упрочняющий элемент |
Железо (Fe) | ≤0.30 | Остаточный элемент |
Водород (H) | ≤0.015 | Контролируется для предотвращения водородного охрупчивания |
Физические свойства
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт / условия испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 4.65 г/см³ | ASTM B311 |
Температура плавления | 1600–1670°C | ASTM E1268 |
Теплопроводность | 6.4 Вт/м·K при 100°C | ASTM E1225 |
Электрическое сопротивление | 1.68 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 | 112 ГПа | ASTM E111 |
Механические свойства (отожжённое состояние)
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт испытаний |
|---|---|---|
Предел прочности при растяжении | 895–1000 МПа | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 825–900 МПа | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Твёрдость | 320–360 HB | ASTM E10 |
Сопротивление ползучести | Отличное | ASTM E139 |
Усталостная стойкость | Высокая | ASTM E466 |
Ключевые характеристики Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Исключительная прочность при ползучести: Выдерживает длительное воздействие при температурах до 500°C, что делает сплав идеальным для турбинных двигателей и конструкций тепловой защиты.
Стойкость к усталости при высоких температурах: Спроектирован для работы при циклических тепловых и механических нагрузках; Grade 7 превосходно проявляет себя в среде реактивных двигателей и форсажных камер.
Коррозионная и окислительная стойкость: Добавки Sn и Zr способствуют формированию плотного оксидного слоя, обеспечивая высокую стойкость к окалинообразованию в окислительных атмосферах.
Хорошая свариваемость: Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo можно надёжно сваривать с последующей термообработкой шва, чтобы сохранять прочность и структуру несмотря на высокое легирование.
Проблемы и решения при ЧПУ-обработке титана Grade 7
Проблемы обработки
Высокая прочность и низкая теплопроводность: Прочность, приближающаяся к 1000 МПа, и теплопроводность 6.4 Вт/м·K требуют тщательного теплового контроля при резании.
Агрессивный наклёп: Этот сплав быстро упрочняется при недостаточной нагрузке на стружку, что может привести к повреждению инструмента и размерным отклонениям.
Прилипание к инструменту и износ кромки: Сплав прилипает к режущему инструменту и вызывает абразивный износ, особенно на непокрытых пластинах.
Пружинение и упругое восстановление: Высокий модуль (112 ГПа) приводит к упругому прогибу, усложняя контроль формы на чистовых проходах.
Оптимизированные стратегии обработки
Выбор инструмента
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | Субмикронный твёрдый сплав или CBN-пластины | Идеально для вязких сплавов и высокой жаростойкости |
Покрытие | AlTiN или TiSiN (3–5 µm PVD) | Улучшает термозащиту и минимизирует схватывание |
Геометрия | Положительный передний угол, притуплённая режущая кромка | Снижает силы резания и адгезию стружки |
Скорость резания | 20–50 м/мин | Снижает нагрев и износ инструмента |
Подача | 0.08–0.20 мм/об | Поддерживает толщину стружки |
Охлаждение | Высоконапорная эмульсия ≥100 бар | Улучшает охлаждение и эвакуацию стружки |
Параметры резания Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7) (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 7
Горячее изостатическое прессование (HIP) устраняет внутренние пустоты и повышает механическую прочность и усталостную долговечность конструкционных турбинных компонентов.
Термообработка повышает сопротивление ползучести и фазовую стабильность за счёт старения при 550–650°C в течение 2–8 часов.
Сварка суперсплавов обеспечивает надёжные соединения в напорных системах и аэрокосмических сборках с использованием совместимых присадок Ti-6-2-4-6.
Теплозащитное покрытие (TBC) защищает детали Grade 7 от термического окисления и воздействия пламени в двигателях и реакторах.
ЧПУ-обработка позволяет изготавливать турбинные кольца, воздуховоды и компоненты горячей зоны с точностью до ±0.01 мм и жёсткими допусками.
Электроэрозионная обработка (EDM) обеспечивает точность сложных элементов и тонкостенных деталей без образования зон термического влияния.
Глубокое сверление обеспечивает высокие отношения L/D для охлаждающих каналов при прямолинейности отверстий <0.3 мм/м и Ra ≤ 1.6 µm.
Испытания материалов включают SEM, испытания на ползучесть, ультразвуковой НК (NDT) и оценки фазовой стабильности для соответствия требованиям аэрокосмической и энергетической отраслей.
Испытания и анализ материалов
Валидация включает механические испытания при повышенных температурах, анализ ползучести до разрушения, XRD для оценки фаз, а также полный ультразвуковой или вихретоковый контроль по аэрокосмическим стандартам.
Отраслевые применения Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Аэрокосмическая отрасль: Применяется в турбинных кольцах, облицовках форсажной камеры и корпусах реактивных двигателей, подвергающихся экстремальным температурам.
Энергетика: Идеален для высокотемпературных трубопроводов, лопаток и арматуры топливных систем.
Оборона: Компоненты, такие как выхлопные кожухи, детали ракет и конструкционный крепёж, где важны жаростойкость и прочность.
Промышленное оборудование: Используется в коррозионных и циклических термических средах, таких как печи, теплообменники и сосуды под давлением.
Изучить связанные блоги
