Ti-8Al-1Mo-1V (Grade 20)
Введение в Ti-8Al-1Mo-1V (Grade 20)
Ti-8Al-1Mo-1V, или Grade 20, — это почти альфа-титановый сплав (near-alpha), разработанный для применений, где требуются высокая термостабильность, прочность при повышенных температурах и отличная стойкость к окислению. Повышенное содержание алюминия обеспечивает более высокую жёсткость при низкой плотности, что делает сплав подходящим для авиационных, промышленных и высокотемпературных конструкционных деталей.
Grade 20 хорошо подходит для прецизионных титановых деталей, обработанных на станках с ЧПУ, которым нужна геометрическая стабильность в условиях тепловых и окислительных нагрузок. Такие детали обычно производят на высокоточном оборудовании в рамках услуг ЧПУ-обработки, соответствующих строгим требованиям по качеству и допускам для авиации, турбин и химического оборудования.
Химические, физические и механические свойства Ti-8Al-1Mo-1V (Grade 20)
Химический состав (типичный)
Элемент | Диапазон содержания (мас.%) | Ключевая роль |
|---|---|---|
Титан (Ti) | Основа | Обеспечивает базовую прочность и коррозионную стойкость |
Алюминий (Al) | 7.5–8.5 | Стабилизатор альфа-фазы, повышает прочность и жёсткость |
Молибден (Mo) | 0.7–1.3 | Стабилизатор бета-фазы, повышает жаропрочность и стойкость к окислению |
Ванадий (V) | 0.7–1.3 | Повышает прочность и термическую стабильность |
Кислород (O) | ≤0.15 | Повышает прочность; должен контролироваться для сохранения пластичности |
Водород (H) | ≤0.015 | Контролируется для предотвращения водородного охрупчивания |
Углерод (C) | ≤0.08 | Остаточный элемент, влияет на твёрдость |
Железо (Fe) | ≤0.30 | Остаточный элемент |
Азот (N) | ≤0.03 | Контролируется для снижения склонности к охрупчиванию |
Физические свойства
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт / условия испытаний |
|---|---|---|
Плотность | 4.47 г/см³ | ASTM B311 |
Температура плавления | 1620–1670°C | ASTM E1268 |
Теплопроводность | 6.5 Вт/м·K при 100°C | ASTM E1225 |
Электрическое сопротивление | 1.66 µΩ·м при 20°C | ASTM B193 |
Коэффициент теплового расширения | 8.8 µм/м·°C | ASTM E228 |
Удельная теплоёмкость | 560 Дж/кг·K при 20°C | ASTM E1269 |
Модуль упругости | 120 ГПа | ASTM E111 |
Механические свойства (отожжённое состояние)
Свойство | Значение (типичное) | Стандарт испытаний |
|---|---|---|
Предел прочности при растяжении | 850–950 МПа | ASTM E8/E8M |
Предел текучести (0.2%) | 800–880 МПа | ASTM E8/E8M |
Относительное удлинение | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Твёрдость | 280–320 HB | ASTM E10 |
Ползучесть | Отличная до 500°C | ASTM E139 |
Усталостная стойкость | Высокая | ASTM E466 |
Ключевые характеристики Ti-8Al-1Mo-1V (Grade 20)
Прочность при повышенных температурах: Сохраняет хорошие механические свойства и сопротивление ползучести до 500°C — актуально для авиации и турбин.
Отличная стойкость к окислению: Высокое содержание Al способствует формированию стабильной оксидной плёнки, уменьшая деградацию в горячем воздухе и выхлопных газах.
Низкая плотность и высокая жёсткость: Высокое отношение прочности к массе, особенно важное для авиационных и силовых установок.
Хорошая свариваемость и целостность конструкции: Сварка возможна при инертной защите; последующая термообработка помогает восстановить характеристики.
Сложности и решения при ЧПУ-обработке титана Grade 20
Сложности обработки
Тепловая концентрация: Низкая теплопроводность приводит к накоплению тепла в зоне резания и ускоренному износу инструмента.
Выраженное упругое восстановление: Модуль упругости 120 ГПа вызывает пружинение после проходов, особенно на тонкостенных элементах.
Задиры и «размазывание»: Адгезия материала к инструменту ухудшает шероховатость и увеличивает частоту смены пластин/фрез.
Чувствительность стойкости инструмента: Повышенный Al может усиливать канавочный износ и наростообразование при недостаточной смазке.
Оптимизированные стратегии обработки
Выбор инструмента
Параметр | Рекомендация | Обоснование |
|---|---|---|
Материал инструмента | Мелкозернистый твёрдый сплав, пластины с TiB2-покрытием | Повышенная износостойкость при высокой температуре |
Покрытие | AlTiN или TiSiN | Улучшает стойкость к теплу и абразивному износу |
Геометрия | Острый передний угол, слегка притуплённая кромка | Снижает напряжения и силы резания |
Скорость резания | 20–50 м/мин | Снижает перегрев и риск размерных ошибок |
Подача | 0.10–0.25 мм/об | Обеспечивает контроль стружки без чрезмерного давления |
Охлаждение | Высоконапорная эмульсия ≥100 бар | Эффективный отвод тепла и вымывание стружки |
Параметры резания Ti-8Al-1Mo-1V (Grade 20) (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 (Through-tool) |
Чистовая обработка | 45–60 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Поверхностная обработка деталей из титана Grade 20
Горячее изостатическое прессование (HIP) повышает усталостную долговечность и устраняет внутреннюю пористость, что особенно полезно для авиационных деталей.
Термообработка включает отжиг и снятие напряжений для улучшения размерной стабильности и жаропрочности.
Сварка суперсплавов выполняется под инертной защитой, с последующей термообработкой для восстановления механических свойств.
Теплозащитное покрытие (TBC) обеспечивает защиту от окисления и тепловую изоляцию поверхности в авиационных и турбинных применениях.
ЧПУ-обработка обеспечивает допуски до ±0.01 мм для лопаток турбин и авиационных кронштейнов.
Электроэрозионная обработка (EDM) позволяет получать сложные контуры и тонкие стенки без механической деформации.
Глубокое сверление поддерживает L/D >30:1 при Ra ≤1.6 µm — подходит для охлаждающих каналов в авиационных деталях.
Испытания материалов включают испытания на ползучесть, подтверждение микроструктуры и ультразвуковой контроль (NDT) по стандартам AMS и GB.
Испытания и анализ материалов
Компоненты Grade 20 подтверждают через испытания на длительную прочность/ползучесть, высокотемпературные испытания на растяжение, анализ микроструктуры (SEM/XRD) и ультразвуковую дефектоскопию для соответствия требованиям авиации и турбинной отрасли.
Отраслевые применения Ti-8Al-1Mo-1V (Grade 20)
Аэрокосмическая отрасль: Детали двигателей, крепёж и элементы систем управления, работающие при повышенных температурах.
Энергетика: Лопатки турбин, элементы теплообменников и горелочные компоненты.
Промышленное оборудование: Оснастка для термообработки, силовые кронштейны и тепловые экраны.
Оборона: Элементы бронеконструкций и детали силовых установок, где критична стойкость к окислению.
Изучить связанные блоги
