Titano lydinio plokščių techniniai reikalavimai ir nuorodos standartai
1. Medžiagų klasifikacija ir klasės
Titano lydinio plokštės iš esmės skirstomos į keturias kategorijas pagal jų mikrostruktūrą ir legiravimo sudėtį. Alfa lydiniuose, tokiuose kaip Ti-5Al-2,5Sn (6 klasė), daugiausia yra alfa stabilizatorių, tokių kaip aliuminis ir alavas. Šie lydiniai pasižymi puikiu suvirinamumu ir atsparumu valkšnumui aukštesnėje temperatūroje, todėl yra tinkami orlaivių korpusų konstrukcijoms ir kriogeninėms reikmėms. Beveik -alfa lydiniuose, įskaitant Ti-8Al-1Mo-1V (9 klasė) ir Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, yra nedidelis kiekis beta stabilizatorių, išlaikant alfa dominuojančią struktūrą. Jie užtikrina geresnį dujų turbinų variklio komponentų stabilumą aukštoje temperatūroje.
Alfa-beta lydiniai yra plačiausiai naudojama kategorija, o Ti-6Al-4V (5 laipsnis) yra lengviausias lydinys aviacijos, medicinos ir pramonės sektoriuose. Šio lydinio dvifazės mikrostruktūros dėka pasiekiama optimali stiprumo, lankstumo ir atsparumo lūžiams pusiausvyra. Itin žemas intersticinis variantas, Ti-6Al-4V ELI (23 klasė), riboja deguonies, geležies ir vandenilio kiekį, kad padidintų atsparumą pažeidimams kritinėse srityse. Beta lydiniai, tokie kaip Ti-10V-2Fe-3Al ir Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, gali būti apdoroti tirpalu ir sendinti, kad būtų pasiektas aukščiausias stiprumo lygis tarp titano lydinių, o tai turi ypatingų formavimo pranašumų prieš terminį apdorojimą.
2. Cheminės sudėties reikalavimai
Titano lydinio plokščių cheminė sudėtis turi būti griežtai kontroliuojama, kad būtų užtikrintos nuoseklios mechaninės savybės ir atsparumas korozijai. Ti-6Al-4V (5 klasė) aliuminio kiekis svyruoja nuo 5,50 iki 6,75 proc., o vanadžio - nuo 3,50 iki 4,50 proc. Geležies – iki 0,30 proc., deguonies – iki 0,20 proc., anglies – iki 0,08 proc., azoto – iki 0,05 proc., vandenilio – iki 0,015 proc. Visų liekamųjų elementų suma neturi viršyti 0,40 proc.
ELI klasėje aliuminio kiekis ribojamas iki 5,50–6,50 proc., geležies – iki 0,25 proc., deguonies – iki 0,13 proc., o vandenilio – iki 0,0125 proc. Šie sumažinti intersticiniai lygiai žymiai pagerina atsparumą lūžiams ir lankstumą, todėl ši klasė yra privaloma chirurginiams implantams ir svarbiems aviacijos ir kosmoso struktūriniams komponentams. Ti-5Al-2,5Sn (6 klasė) leidžia aliuminio nuo 4,00 iki 6,00 proc., alavo nuo 2,00 iki 3,00 proc., geležies iki 0,50 proc. ir vandenilio iki 0,020 proc. Deguonies riba atitinka standartinį Ti-6Al-4V 0,20 proc.
3. Mechaninių savybių reikalavimai
Esant kambario temperatūrai išilgine kryptimi, Ti-6Al-4V plokštės minimalus ribinis tempiamasis stipris turi būti 895 MPa, minimali takumo riba esant 0,2 procento poslinkiui – 828 MPa, minimalus pailgėjimas 10 procentų ir minimalus ploto sumažinimas 25 procentais. ELI variantas išlaiko tuos pačius pailgėjimo ir sumažinimo reikalavimus, bet šiek tiek sumažintus stiprumo lygius: 860 MPa minimalus ribinis tempiamasis stipris ir 795 MPa mažiausia takumo riba. Ti-5Al-2,5Sn reikalingas 827 MPa minimalus tempiamasis stipris, 759 MPa minimali takumo riba ir atitinkami plastiškumo rodikliai.
Norint naudoti aukštesnę temperatūrą, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo plokštės minimalus tempiamasis stipris turi būti 620 MPa esant 315 laipsnių Celsijaus, o atsparumas šliaužimui patikrintas esant 425 laipsnių Celsijaus. Atsparumas lūžiams yra esminis pažeidimams atsparaus dizaino parametras. Ti-6Al-4V ELI plokštės atsparumas plokštuminiam įtempimui K_IC turi būti ne mažesnis kaip 75 MPa kvadratinio metro šaknis, o Ti-5Al-2,5Sn reikia mažiausiai 55 MPa kvadratinių šaknų iš metro. Charpy V formos įpjovos smūgio energijos reikalavimai yra atitinkamai 20 džaulių ir 16 džaulių.
4. Matmenų tolerancijos ir paviršiaus apdaila
Storio tolerancija skiriasi priklausomai nuo plokštės storio. Plokštelėms iki 6,35 milimetro standartinė tolerancija yra plius arba minus 0,13 milimetro, o tikslumo paklaida priveržiama iki plius arba minus 0,08 milimetro. Nuo 6,35 iki 25,4 milimetro standartinė tolerancija tampa plius arba minus 0,25 milimetro, o tikslumas plius ar minus 0,13 milimetro. Plokštelių, kurių skersmuo viršija 25,4 milimetro iki 50,8 milimetro, standartinis nuokrypis yra plius arba minus 0,38 milimetro, o tikslumo paklaida yra plius arba minus 0,25 milimetro.
Pločio tolerancija yra plius 6,35 milimetro be minuso standartinėmis sąlygomis, tikslumui priveržta iki 3,18 milimetro. Ilgio tolerancija yra plius 25 milimetrai standartinio ir 13 milimetrų tikslumo. Plokštumas neturi viršyti 3,2 milimetro vienam metrui pagal standartinius reikalavimus arba 1,6 milimetro metrui, kai taikoma tiksli plokštė. Krašto nuokrypis ribojamas iki 3,2 milimetro 3 metrams standartiškai ir 1,6 milimetro 3 metrų tikslumu.
Paviršiaus apdailos reikalavimai priklauso nuo apdorojimo būdo. Karštai valcuotų plokščių paviršiaus šiurkštumas Ra turi būti ne didesnis kaip 6,3 mikrometro. Šaltai valcuotoms-arba chemiškai marinuotoms plokštėms reikalingas Ra ne didesnis kaip 3,2 mikrometro. Tiksliosios-įžeminimo plokštės reikalauja Ra ne daugiau kaip 1,6 mikrometro.
5. Metalurgijos reikalavimai
Alfa-beta titano lydinio plokštės mikrostruktūra malūno-atkaitinimo sąlygomis turi sudaryti iš lygiašiai pirminės alfa fazės, paskirstytos transformuotoje beta matricoje. Nenutrūkstama grūdų ribos alfa fazė neleidžiama, nes ji mažina plastiškumą ir atsparumą nuovargiui. Grūdelių dydis turi būti ASTM 5 arba smulkesnis, o tipinė gamyba siekia ASTM 6–8. Alfa atvejis – kietu deguonimi prisodrintas paviršiaus sluoksnis, susidaręs apdorojant aukštoje temperatūroje{8}}, turi būti visiškai pašalintas. Norint patvirtinti, reikia atlikti mikro{10}}kietumo profiliavimą, kad paviršiuje nebūtų kietumo šuolio, arba atlikti metalografinį tyrimą, patvirtinantį, kad nėra alfa{11}}stabilizuoto sluoksnio.
Beta dėmės, kurios yra lokalizuotos beta-stabilizatoriaus sodrinimo sritys, draudžiamos svarbiose aviacijos ir kosmoso srityse. Jie aptinkami atliekant makro-ėdinimo patikrą naudojant tinkamus reagentus. Intarpų turinys įvertintas pagal ASTM E45 A metodą, o didžiausi leistini A2, B2, C2 ir D2 lygiai atitinkamai ploniems, sunkiems, silikatiniams ir rutuliniams oksidų intarpams.
6. Neardomojo bandymo reikalavimai
Ultragarsinis bandymas yra privalomas visoms 6,35 mm ir storesnėms plokštelėms, atliekamos pagal AMS-STD-2154 A klasės kriterijus. Nėra priimtinos jokios indikacijos, viršijančios 3,2 milimetro plokščiadugnės skylės ekvivalentą. Dažų įsiskverbimo bandymas taikomas visiems padengtiems paviršiams pagal ASTM E1417, be jokių linijinių nuorodų, ilgesnių nei 3,2 milimetro. Radiografinis tyrimas skirtas suvirintoms arba remonto sritims pagal ASTM E1742. Sūkurinių srovių bandymas gali pakeisti ultragarsinį plonų plokščių, mažesnių nei 6,35 milimetro, tyrimą pagal ASTM E426 procedūras, kurių jautrumas nustatytas pirkėjo ir tiekėjo susitarimu.
7. Terminio apdorojimo sąlygos
Malūn-atkaitinta plokštė apdorojama 704–760 laipsnių Celsijaus temperatūroje, po to aušinama oru. Ši sąlyga suteikia subalansuotas savybes bendram naudojimui. Dvipusis atkaitinimas apima tirpalo apdorojimą 954 laipsniais Celsijaus su gesinimo vandeniu, po to 538 laipsnių Celsijaus oro vėsinimo, pagerinant atsparumą lūžiams, kad būtų atsparios pažeidimams{7}}. Tirpalu apdorota ir sendinta plokštelė pasiekia maksimalų stiprumą apdorojant 927 laipsnių Celsijaus temperatūroje su gesinimo vandeniu, tada brandinama 538 laipsnių Celsijaus temperatūroje 4–8 valandas. Beta atkaitinimas 1010 laipsnių Celsijaus temperatūroje su oro aušinimu, po kurio stabilizuojamas 760 laipsnių Celsijaus temperatūroje, sukuria transformuotą beta mikrostruktūrą, optimizuotą atsparumui šliaužti aviacijos ir erdvėlaivių varikliams. Įtempių mažinimas 538–649 laipsnių Celsijaus temperatūroje atliekamas po apdirbimo arba formavimo operacijų.
Visas terminis apdorojimas turi būti atliekamas vakuume nuo 10 iki minus 3 milibarų ar aukštesnėje temperatūroje arba didelio -grynumo argono atmosferoje. Bet koks alfa apvalkalas, susidaręs terminio apdorojimo metu, turi būti visiškai pašalintas prieš galutinį patikrinimą.
8. Nuorodiniai standartai
Pagrindinė titano lydinio plokštės specifikacija yra ASTM B265, apimanti titano ir titano lydinio juosteles, lakštus ir plokštes. Šis standartas apibrėžia cheminės sudėties ribas, mechaninių savybių reikalavimus, leistinus matmenų nuokrypius ir bendrąsias kokybės nuostatas. ASTM B348 strypams ir ruošiniams pateikia papildomų mechaninių bandymų nuorodų.
Mechaninio bandymo metodikai ASTM E8 ir E8M reglamentuoja metalinių medžiagų tempimo bandymus. Kietumas tikrinamas pagal ASTM E18 (Rockwell kietumui) arba ASTM E10 (Brinelio kietumui). Įtraukimo turiniui įvertinti naudojamas ASTM E45, pritaikytas titano lydiniams. Grūdelių dydis matuojamas pagal ASTM E112. Mikro-kietumo profiliavimas pagal ASTM E384 aptinka likutinį alfa korpusą. Metalografinio mėginio paruošimas ir ėsdinimas atitinka atitinkamai ASTM E3 ir ASTM E407.
Neardomieji bandymai apima ASTM E1417, skirtą skysčių prasiskverbimo bandymui, ASTM E1742 radiografiniam tyrimui ir ASTM E426 plonų gaminių elektromagnetinės sūkurinės srovės bandymui. Paviršiaus paruošimo ir kalkių šalinimo nurodymai pateikiami ASTM B600.
Aviacijos ir kosmoso medžiagų specifikacijose pateikiami griežtesni reikalavimai skrydžio{0}}kritinėms programoms. AMS 4907 padengia Ti-6Al-4 V plokštę atkaitintą. AMS 4911 skirta tirpalu apdorotai ir sendintai Ti-6Al-4V plokštelei. AMS 4930 nurodo itin žemą intersticinę Ti-6Al-4V plokštę. AMS 4940 taikomas Ti-5Al-2,5Sn plokštei. AMS 4943 dengia Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn beta lydinio plokštę. AMS 4945 skirta Ti-8Al-1Mo-1V beveik alfa lydinio plokštėms. Ultragarsinio patikrinimo priimtinumo kriterijai apibrėžti AMS-STD-2154.
Pasenusios karinės specifikacijos apima MIL{0}}T-9046, skirtą titano lakštams, juostelėms ir plokštėms, ir MIL{5}}T-9047, skirtą strypams ir kaltiniams gaminiams. Aplinkosaugos bandymai atliekami pagal MIL-STD-810.
Tarptautiniai standartai apima ISO 5832-3 kaltiniams Ti-6Al-4V lydinio chirurginiams implantams ir ISO 5832-10 Ti-5Al-2.5Fe lydinio implantams. Didžiosios Britanijos standartai BS 2TA 2 ir BS 2TA 11 dengia Ti-6Al-4V lakštą ir plokštę. Vokietijos DIN 17850 pateikia technines specifikacijas kaltiniams titano lydiniams. Japoniškas JIS H4600 skirtas lakštams, plokštėms ir juostelėms. Kinijos nacionalinis standartas GB/T 3621 ir karinis standartas GJB 2505A taikomi aviacinio lygio titano lydinio plokštėms.
9. Taikymas-Konkretūs reikalavimai
Orlaivių erdvės struktūrinėms programoms reikalingi dideli{0}}ciklo nuovargio duomenys, žalos tolerancijos analizė ir A lygio NDT atitiktis pagal AMS 4907, AMS 4911 ir AMS-STD-2154. Orlaivių ir erdvėlaivių variklių komponentams reikalingos tempimo savybės aukštesnėje temperatūroje, atsparumo valkšnumui patikra ir terminio stabilumo bandymai pagal AMS 4945 ir ASTM E139.
Taikant medicininius implantus, būtina atlikti biologinio suderinamumo tyrimus, įskaitant citotoksiškumo ir jautrinimo tyrimus, naudojant ELI klasės medžiagą pagal ISO 5832-3, ASTM F136 ir ASTM F1472. Cheminio apdorojimo įrangai reikalingas atsparumo korozijai patvirtinimas konkrečioje proceso terpėje ir įrodytas suvirinamumas pagal ASTM B265, ASTM G28 ir NACE MR0175 arba ISO 15156. Jūrų ir atviroje jūroje esančios konstrukcijos turi būti atsparios jūros vandens korozijai ir parodyti suderinamumą su katodinėmis apsaugos sistemomis pagal ASTM B265}}}}DNV{{01}}}DNV{01. Branduolinės programos kontroliuoja neutronų sugerties skerspjūvį, radiacijos stabilumą ir mikroelementų kiekį pagal ASME katilo ir slėginio indo kodo II skirsnio D dalį.
10. Sertifikavimas ir dokumentai
Prie kiekvienos gamybos partijos turi būti pridėtas malūno bandymo sertifikatas, kuriame dokumentuojami cheminės analizės rezultatai, mechaninių savybių bandymų rezultatai, šilumos skaičiaus atsekamumas ir faktiniai išmatuoti matmenys. Šis sertifikatas yra privalomas pagal ASTM B265. Neardomųjų bandymų sertifikatuose pateikiami ultragarso, skvarbiųjų ar radiografinių tyrimų rezultatai su operatoriaus kvalifikacijos įrašais. Metalurgijos ataskaitose pateikiamos mikrostruktūros mikrofotografijos, išmatuotas grūdelių dydis ir kritinių programų įtraukimo įvertinimai. Terminio apdorojimo sertifikatai dokumentuoja ciklo parametrus, atmosferos tipą ir termoporos kalibravimo įrašus. Išsamios atsekamumo ataskaitos nustato medžiagos kilmę, lydymosi praktiką ir visą apdorojimo istoriją, o tai būtina, kad būtų laikomasi aviacijos ir medicinos prietaisų reglamentų.
