Русский

Ti-7Al

Ti-7Al — это высокотемпературный околo-альфа титановый сплав, идеально подходящий для ЧПУ-обрабатываемых авиационных и промышленных компонентов, требующих стойкости к ползучести, устойчивости к окислению и малого веса.

Введение в Ti-7Al

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.

Химические, физические и механические свойства Ti-7Al

Химический состав (типичный)

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

Физические свойства

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

Механические свойства (в отожжённом состоянии)

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

Ключевые характеристики Ti-7Al

  • 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.

Проблемы и решения при ЧПУ-обработке Ti-7Al

Проблемы обработки

  • 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.

Оптимизированные стратегии обработки

Выбор 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

Параметры резания Ti-7Al (соответствие ISO 3685)

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

Поверхностная обработка титановых деталей Ti-7Al

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.

Испытания и анализ материалов

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.

Отраслевые применения Ti-7Al

  • 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.

Изучить связанные блоги