Жаростійкі-титанові сплави TC4, TC6, TC11: класи GB/T 3620.1 і експлуатаційні обмеження

Що робить титановий сплав термостійким

Жаростійкий-титановий сплав — це сплав, призначений для тривалого перенесення навантаження при високій температурі, а не лише для короткої подорожі. Три вимоги визначають клас: висока короткочасна-і довготривала-міцність у всьому діапазоні робочих температур, достатня пластичність із хорошим опором повзучості за температури та термічна стабільність, що означає, що мікроструктура та поверхневий шар не погіршуються протягом тисяч годин впливу. Альфа- та майже{5}}альфа-сплави на основі добавок алюмінію та кремнію є основною відповіддю на ці вимоги, оскільки альфа-фаза зберігає міцність і стійкість до повзучості краще, ніж бета-фаза при температурі.

Позначення та хімічний склад TC4, TC6 і TC11

У китайській системі позначень, визначеній GB/T 3620.1, жаростійкі та конструкційні титанові сплави мають префікс "TC" для титанового сплаву (альфа-бета-клас), за яким іде серійний номер. Три класи, які найчастіше замовляють для робіт із підвищеною{4}}температурою, це TC4, TC6 і TC11.

Силікон — це загальна нитка. Невеликі добавки кремнію підвищують опір повзучості, уповільнюючи рух дислокацій при температурі, а алюміній стабілізує та зміцнює альфа-фазу. TC11 також містить цирконій, який розчиняється в обох фазах і додає міцності без значної втрати щільності. TC4 залишається робочою конячкою і є найбільш широко виробленим з трьох у всьому світі.

Температура експлуатації та механічні властивості

Відмінною рисою цих марок є їх-тривалий термін експлуатації, а не стійкість до кімнатної-температури. Приблизні властивості розтягування-при кімнатній температурі та рекомендовані-довгострокові робочі температури наведено нижче; точні прийнятні значення завжди слід брати з відповідного стандарту на продукцію, наприклад GB/T 2965 для прутків або ASTM B348 для титанових прутків і заготовок.

Відносне подовження для всіх трьох зазвичай становить мінімум 10% у відпаленому стані, а TC4 на практиці становить 10-16%. Експлуатаційні межі встановлюються повзучістю та термічною стабільністю, тому компонент, який піддається лише короткочасному впливу, може працювати вище зазначеної стелі, тоді як незнімне з’єднання, що витримує постійне навантаження, має залишатися нижче цього.

Застосування двигуна та планера

TC4: лопаті та лопатки компресора, диски, корпуси, кріплення двигуна, ковані елементи планера, кріплення та деталі-шасі.

TC6: компресорні диски і лопаті, кільця і ​​корпуси, що працюють в діапазоні 350-400 С, ковані конструктивні деталі газотурбінних двигунів.

TC11: диски, лопаті та барабани компресора високого тиску, температура яких досягає близько 500 C, та інші частини гарячої-секції, які вимагають поєднання міцності та стійкості до повзучості.

Кування, термічна обробка та механічна обробка

Усі три оцінки обробляються в альфа-бета-полі. Кування вище або поблизу бета-переходу може створити грубу мікроструктуру з поганою пластичністю, тому чистові проходи зазвичай виконуються в альфа-бета-полі з контрольованим відновленням, після чого відбувається рекристалізація або дуплексний відпал. TC11 зазвичай піддається дуплексній обробці: обробці розчином в альфа-бета-полі (зазвичай близько 950 C) з подальшим охолодженням повітрям і обробкою старінням приблизно при 530 C, що створює тонку голчасту альфа-структуру з хорошим опором повзучості. TC4 і TC6 зазвичай постачаються в відпаленому стані. Гарячі робочі температури, час витримки та швидкості охолодження повинні бути кваліфіковані на фактичній деталі, оскільки ці сплави чутливі до перегріву: відхилення температури за межі бета-переходу може спричинити шар-під впливом тепла, який пізніше руйнується під час втоми.

Для обробки слід використовувати гострий твердосплавний інструмент, низьку швидкість поверхні, велику кількість охолоджуючої рідини-без хлору та жорсткі-налаштування; титан має низьку теплопровідність і сильну схильність до поглинання, тому кромки інструменту повинні бути гострими, а час контакту – коротким. Шліфування створює залишкову напругу розтягування та забруднений шар, тому напружені поверхні зазвичай видаляють травленням перед використанням.

Поширені помилки

Не всі титанові сплави можна використовувати при однаковій температурі. TC4 — це матеріал, що має температуру 350 C і має довгострокову-службу, тоді як TC11 визначено, коли метал має витримувати навантаження близько 500 C.

Вища кімнатна{0}}температура не означає кращу термостійкість. Повзучість і термостійкість вирішують стелю.

TC11 часто цитується неправильно як Ti-6Al-3,5Mo-1,5Zr-0,3Si; стандартний рівень алюмінію для марки становить 6,5%.

Жаростійкий-титан не є заміною суперсплавів на основі-нікелю вище приблизно 550-600 C, коли титан швидко окислюється та повзуче.

FAQ

З: Яка максимальна -температура довгострокової експлуатації TC4?
Приблизно 350 C для тривалого навантаження; короткі відхилення від вищої температури можливі, але це має бути підтверджено тестуванням.

Q: Яка різниця між TC6 і TC11?
Обидва є альфа-бета-сплавами з кремнієм, але TC11 містить більше алюмінію, молібдену та цирконію, що підвищує -максимальний рівень довгострокової експлуатації приблизно до 500 C проти приблизно 400 C для TC6.

Q: Чи TC4 те саме, що Ti-6Al-4V?
так TC4 у системі позначення GB/T 3620.1 є китайським еквівалентом Ti-6Al-4V, UNS R56400, широко відомого як клас 5.

З: Чому ці сплави містять кремній?
Кремній покращує опір повзучості при високій температурі, обмежуючи рух дислокацій, що є саме тією властивістю, яка встановлює межу експлуатації.

Питання: Який стандарт охоплює шину TC11?
Прутки зазвичай постачаються відповідно до GB/T 2965, де вказано позначення, посилання на склад і механічні вимоги до сорту.

Q: Чи можна приварити TC4 до TC11?
Два сплави можна з’єднати, але з’єднання має бути кваліфікованим для передбаченої температури та навантаження, оскільки поведінка повзучості зварного шва відрізняється від повзучості основних металів.