Лист, пластина та блок із титанового сплаву TC4 / Gr5 Ti-6Al-4V: дані та діапазон запасів
Mar 12, 2024
Ідентичність сплаву та чому вона домінує
TC4 — це китайське позначення сплаву, який на міжнародному ринку називається Grade 5 або Ti-6Al-4V. Це альфа-бета-сплав із 6 % алюмінію як альфа-стабілізатора та 4 % ванадію як бета-стабілізатора, і це найбільш широко використовуваний і найбільш масово вироблений альфа-бета-титановий сплав у світі просто тому, що жодна інша марка не зрівняється з його поєднанням міцності, міцності, зварюваності та промислової доступності.
Робоча температура зазвичай становить 400 градусів безперервно, з короткими відхиленнями до 450 градусів, прийнятними для багатьох конструкцій. Цей сплав разом із щільністю 4,43 г/см³ і межею міцності на розрив 895 МПа дає змогу використовувати сплав у вентиляторах двигунів і компресорах, балках планера, з’єднаннях і перегородках, а також у широкому діапазоні промислових і медичних деталей, які ніколи не залишають землю.
Стандарти за формою продукції
Форма продукту визначає специфікацію. ASTM B265 охоплює пластини, листи та стрічки; AMS 4911 охоплює відпалені листи та стрічки для аерокосмічного використання; ASTM B348 охоплює прутки та заготовки; ASTM B381 охоплює поковки. У китайській системі GB/T 3620.1 встановлює позначення та хімічні обмеження, а GB/T 3621 охоплює пластини, листи та стрічки з титану та титанових сплавів. У замовленні на закупівлю слід вказувати стандарт продукту, а не тільки сорт, тому що механічні приймальні підлоги і допустимі дефекти відрізняються між ними.
Вікно хімії
| елемент | Діапазон або максимум | Ефект, якщо з вікна |
|---|---|---|
| Ал | 5.5–6.75 % | Нижче смуги сила падає; вище смуги, ризик альфа-крихкості |
| V | 3.5–4.5 % | Контролює фракцію бета-фази та здатність до затвердіння |
| Fe | 0,30 % макс | Бета-стабілізатор; надлишок знижує стійкість до окислення |
| O | 0,20 % макс | Підвищує силу і бета-трансформацію, знижує витривалість |
| N | 0,05 % макс | Сильний зміцнювач, швидко знижує пластичність |
| C | 0,08 % макс | Утворення TiC вище межі розчинності |
| H | 0,015 % макс | Гідридна крихкість |
| Ti | Баланс | Матриця |
Механічні та фізичні дані
| Власність | Відпалений | Розчин оброблений і витриманий |
|---|---|---|
| Міцність на розрив | 895 МПа мін | Зазвичай 1000–1150 МПа |
| Межа текучості, 0,2 % | 828 МПа мін | Зазвичай 930–1080 МПа |
| Подовження | 10 % мін | Зазвичай 8–12 % |
| Зменшення площі | 25 % мін | Нижче, залежить від розділу |
| Твердість | Близько 30–36 HRC | Приблизно до 40 HRC |
| Щільність | 4,43 г/см³ | Без змін |
| Модуль пружності | 110 ГПа | Трохи вище |
| Теплопровідність | Близько 7 Вт/(м·К) | Без змін |
| Лінійне розширення, 20–100 градусів | 8.6 × 10⁻⁶ /K | Без змін |
| Бета трансус | Приблизно 995 градусів | Без змін |
Два з цих показників керують-рішеннями. Модуль пружності 110 ГПа приблизно вдвічі менший, ніж у сталі, тому матеріал повертається приблизно вдвічі далі після проходу формування або механічної обробки, і інструменти повинні це враховувати. Теплопровідність близько 7 Вт/(м·К), приблизно в одну десяту від алюмінію, означає, що тепло від різання залишається в інструменті та заготовці, тому титан обробляється з нижчою поверхневою швидкістю з більшим потоком охолоджуючої рідини, ніж сталь.
Лист, плита та блок: звичайне постачання млина
| Форма | Типовий діапазон товщини | Типова ширина або розмір | Умова доставки |
|---|---|---|---|
| Аркуш | 0,5–6,0 мм | Ширина до 1500 мм | Обпалені, мариновані або світлі |
| Тарілка | 6–100 мм | Ширина до 2000 мм | Відпалена, оброблена поверхня |
| Блок і заготовка | Перетин до 300 мм | Вирізати за розміром | Відпалений, розпиляний або оброблений |
| Стрічка і котушка | 0,3–3,0 мм | Намотайте на задану ширину | Відпалений, очищений від накипу |
Відпал є умовою доставки за замовчуванням для плоского виробу, оскільки він обробляється передбачувано та формується без тріщин. Матеріал, оброблений розчином і зістарений, призначений для деталей, які потребують вищої міцності та зносостійкості, і він коштує дорожче через етап загартування та через деформацію, яку після загартування потрібно вирівняти.
Примітки до виготовлення
TC4 зварюється в інертній атмосфері та зазвичай з’єднується TIG із відповідним присадковим дротом, але зварювальна ванна та прилегла зона-термічного впливу мають бути захищені, поки вони не опустяться нижче приблизно 400 градусів або поверхня не поглине кисень і азот. Сплав також демонструє надпластичну поведінку за правильної комбінації-температури та швидкості деформації, що є основою-скріплених дифузією та надпластично сформованих панелей планера. Після будь-якої операції гарячого формування або зварювання оброблені поверхні слід перевіряти на наявність-збагаченого киснем альфа-корпусу, оскільки тверда, крихка поверхня-несучої поверхні є місцем ініціації втоми.
Часті запитання
Q:Чи TC4 те саме, що 5 клас?
A: У сімействі альфа-бета Ti-6Al-4V вони стосуються того самого сплаву, але сертифікати написані відповідно до різних стандартів. Покупці повинні запитувати стандарт продукту, наприклад ASTM B265 або ASTM B348, і порівнювати обмеження, а не припускати еквівалентність за назвою.
Q:Яка максимальна безперервна робоча температура для TC4?
A: Близько 400 градусів є звичайним проектним показником, з короткочасною-працею до 450 градусів у багатьох застосуваннях. Понад цим діапазоном обмежуючим фактором стає окислення та-інтерстиціальний підйом, а не механічна міцність.
Q:Який стан слід замовляти для обробленої конструктивної частини?
A: У більшості випадків відпалений. Він більш стабільний за розмірами після механічної обробки, дешевший і легший для отримання. Масло, оброблене розчином і зістарене, виправдано лише там, де необхідне підвищення міцності.
Q:Чому TC4 потрібен більший радіус вигину, ніж сталь?
Відповідь: Оскільки його модуль пружності приблизно вдвічі менший, ніж у сталі, він повертається назад приблизно вдвічі більше. Радіуси вигину та компенсація матриці мають відповідний розмір, і холодне формування товщиною менше приблизно 3 мм може потребувати зняття напруги.
Q:Як знімається корпус альфа після гарячої обробки?
Відповідь: травленням у контрольованій кислотній ванні або механічною обробкою ураженої глибини. Затверділий шар зазвичай досягає 0,1–0,15 мм, і будь-який залишковий матеріал на поверхні, що має критичне значення для втоми, є дефектом, незалежно від розміру.
Q:Чи можна зварювати пластину TC4 до обладнання, що працює під тиском?
A: Так, з належним інертним екрануванням і кваліфікацією процедури зварювання. Норми проектування та застосовний стандарт продукту встановлюють спільну ефективність і вимоги до перевірки, а зону термічного-впливу потрібно очистити та, якщо потрібно, перевірити на альфа-випадок.
