Ti-7Al, также известный как титан-7алюминий, — это близкий к альфа (near-alpha) титановый сплав, разработанный для высокотемпературных конструкционных применений, где требуются долговременная стабильность, отличная ползучестойкость и повышенная стойкость к окислению. Высокое содержание алюминия способствует фазовой стабильности и сохранению прочности при повышенных температурах, что делает сплав идеальным для аэрокосмической, морской и энергетической отраслей.
Ti-7Al обычно поставляется/обрабатывается в отожжённом или после растворной обработки состоянии, что позволяет изготавливать из него прецизионные титановые детали, обработанные на ЧПУ. Эти детали производятся с высокой точностью и повторяемостью благодаря услугам ЧПУ-обработки, особенно для компрессорных узлов авиационных двигателей, деталей горячей части и условий с выраженной окислительной средой.
Элемент | Диапазон содержания (мас.%) | Ключевая роль |
|---|---|---|
Титан (Ti) | Основа | Базовая матрица с коррозионной и окислительной стойкостью |
Алюминий (Al) | 6.5–7.5 | Альфа-стабилизатор, повышающий прочность при высоких температурах |
Кислород (O) | ≤0.15 | Упрочняет сплав; требует контроля для сохранения пластичности |
Углерод (C) | ≤0.08 | Остаточный элемент |
Водород (H) | ≤0.015 | Контролируется для предотвращения охрупчивания |
Азот (N) | ≤0.03 | Незначительная остаточная примесь |
Железо (Fe) | ≤0.25 | Остаточный элемент |
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт/условие испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 4.48 г/см³ | ASTM B311 |
Температурный интервал плавления | 1600–1670°C | ASTM E1268 |
Теплопроводность | 6.4 Вт/м·K при 100°C | ASTM E1225 |
Удельное электрическое сопротивление | 1.65 µΩ·м при 20°C | ASTM B193 |
Коэффициент теплового расширения | 8.4 µм/м·°C | ASTM E228 |
Удельная теплоёмкость | 560 Дж/кг·K при 20°C | ASTM E1269 |
Модуль упругости | 116 ГПа | ASTM E111 |
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт испытаний |
|---|---|---|
Предел прочности | 830–900 МПа | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 780–850 МПа | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | ≥12% | ASTM E8/E8M |
Твёрдость | 270–300 HB | ASTM E10 |
Ползучестойкость | Отличная до 500°C | ASTM E139 |
Усталостная прочность | Высокая | ASTM E466 |
Прочность при высоких температурах: сохраняет отличную механическую целостность выше 450°C, подходит для высокопроизводительных авиационных двигателей и конструкций.
Выдающаяся стойкость к окислению: высокое содержание Al способствует формированию стабильной наночастичной плёнки TiO₂–Al₂O₃, обеспечивая сопротивление высокотемпературному окалинообразованию.
Отличные характеристики ползучести: Ti-7Al обеспечивает долгосрочную размерную и механическую стабильность при длительных нагрузках на повышенных температурах.
Хорошая свариваемость: допускает сварку плавлением при надлежащей защите инертным газом и последующей послесварочной термообработке.
Наклёп: сплав склонен к упрочнению в процессе обработки, из-за чего последующие проходы усложняются без корректных подач.
Низкая теплопроводность: накопление тепла в зоне резания повышает риск термических повреждений и сокращает ресурс инструмента.
Упругое восстановление: «пружинение» из-за умеренного модуля влияет на допуски при чистовых операциях.
Твёрдость оксидной поверхности: после термообработки или окисления поверхности становятся абразивными и могут ускорять износ инструмента.
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | Мелкозернистый твёрдый сплав или CBN | Обеспечивает высокую стойкость к термическому и абразивному износу |
Покрытие | AlTiN или TiCN | Повышает теплостойкость и снижает трение инструмента |
Геометрия | Положительный передний угол, притуплённая кромка | Снижает силы резания и уменьшает налипание стружки |
Скорость резания | 20–45 м/мин | Контролирует тепловые эффекты и качество поверхности |
Подача | 0.10–0.20 мм/об | Обеспечивает эффективное удаление стружки и качество поверхности |
СОЖ | Эмульсия высокого давления ≥100 бар | Критично для контроля тепла и стружкоудаления |
Операция | Скорость (м/мин) | Подача (мм/об) | Глубина резания (мм) | Давление СОЖ (бар) |
|---|---|---|---|---|
Черновая обработка | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (через инструмент) |
Чистовая обработка | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Горячее изостатическое прессование (HIP) повышает усталостную прочность и уплотняет микроструктуру, что критично для турбинной авиационной оснастки.
Термическая обработка включает отжиг или старение при 700–850°C для улучшения ползучести и релаксации напряжений.
Сварка суперсплавов обеспечивает высокопрочные сварные соединения в инертной защите с последующей термообработкой для стабильности механических свойств.
Теплозащитное покрытие (TBC) повышает термостойкость корпусов двигателей и деталей, работающих в окислительных средах.
ЧПУ-обработка обеспечивает выпуск прецизионных деталей с жёсткими допусками для аэрокосмических и оборонных применений.
Электроэрозионная обработка (EDM) позволяет получать сверхточную геометрию на труднообрабатываемых участках.
Глубокое сверление обеспечивает создание длинных каналов с L/D >30:1 и шероховатостью ≤1.6 µm.
Испытания материалов включают подтверждение ползучести и прочности, исследование микроструктуры и ультразвуковую дефектоскопию.
Компоненты Ti-7Al проверяются с помощью испытаний на длительную прочность при ползучести, оценки свойств при растяжении, XRD для идентификации фаз, SEM-исследований и ультразвукового контроля в соответствии с требованиями качества аэрокосмической отрасли.
Аэрокосмическая отрасль: статорные элементы двигателей, компрессорные кольца и крепёж горячей части, требующие стойкости к окислению и ползучести.
Энергетика: лопатки паровых турбин и силовой крепёж, работающие при длительных тепловых нагрузках.
Промышленное оборудование: компоненты для высокотемпературной оснастки, термических реакторов и вращающихся валов.
Оборона: аэрокосмические оборонные кронштейны и элементы силовых установок, работающие при переменных высоких температурах.