Tijă din aliaj de titan TC11 pentru aviație: Prezentare generală a produsului
TC11 este un aliaj de titan alfa-beta de tip Ti{-6,5Al-3,5Mo{-1,5Zr-0,3Si, dezvoltat pentru funcționare pe termen lung la temperaturi de până la aproximativ 500 de grade . Deoarece oferă un raport mare rezistență-greutate, împreună cu o bună stabilitate termică, tija și bara forjate TC11 sunt specificate pe scară largă pentru discuri, lame, distanțiere și elemente de fixare cu sarcină mare pentru motoare aerodinamice. Aliajul este totuși solicitant la lucru la cald: fereastra sa de deformare termică este îngustă și rezistența la deformare este mare, astfel încât solicitarea de curgere răspunde puternic atât la temperatură, cât și la viteza de deformare.
Compoziția nominală și structură
| Element | Interval nominal (% în greutate) | Funcţie |
|---|---|---|
| Al | 5.8 - 7.0 | Stabilizator alfa, întărire-soluție solidă |
| Lu | 2.8 - 3.8 | Stabilizator beta, întărire |
| Zr | 0.8 - 2.0 | Consolidarea-soluției solide |
| Si | 0.20 - 0.35 | Rezistență la fluaj și căldură |
| Ti | Echilibru | Matrice |
Transusul beta al acestui grad se află aproape de 1000 de grade. Deasupra acestuia aliajul este complet beta; sub ea, microstructura constă din alfa primară într-o matrice beta transformată, iar raportul alfa/beta stabilit în timpul forjarii controlează echilibrul dintre rezistență și toleranța la deteriorare. Tija este furnizată în mod normal în stare recoaptă, cu o structură uniformă, cu granulație-fină și un strat alfa controlat pe suprafață.
Comportamentul de deformare la cald și efortul de curgere
Curbele tensiunii de curgere înregistrate în testele de compresie izotermă arată trei regimuri clare:
Temperatură scăzută (750 grade și 800 grade):Tensiunea de curgere crește constant odată cu creșterea deformarii, atinge vârfuri și abia apoi se înmoaie lent. Întărirea prin muncă domină deoarece înmuierea dinamică nu poate ține pasul cu generarea dislocării.
Temperatură ridicată (920 grade, 940 grade și 960 grade):după o creștere inițială bruscă, curba se înmoaie rapid și se stabilește într-un platou de stare stabilă-, care este semnătura recristalizării dinamice.
Efect-de tulpină:la o temperatură fixă, o rată de deformare mai mare crește stresul de vârf și crește gradul de înmuiere care îl urmează, în timp ce o rată de deformare mai mică permite un timp de deformare mai lung pentru recuperarea dinamică, producând curbe mai plate.
Mecanismul este bine înțeles. În faza incipientă a deformării, rata de întărire-de lucru depășește rata dinamică de înmuiere. Dacă rata de deformare este mare, tensiunea de curgere crește rapid; pe măsură ce deformarea are loc, densitatea de dislocare și energia de distorsiune a rețelei cresc, furnizând atât locurile de nucleare, cât și forța motrice pentru recristalizarea dinamică. Rezultatul este o scădere a densității de dislocare și o scădere a tensiunii de curgere.
Fereastra de procesare și zona de instabilitate
| Parametru | Valoare observată | Sens practic |
|---|---|---|
| Cea mai mare rata de disipare a energiei | 0,71 la 940 de grade și 0,001 s-1 | Domeniul cel mai favorabil pentru rafinarea cerealelor |
| Trupa adevărată la care a fost evaluată harta | 0.6 | Reprezintă cea mai mare parte a trecerii de forjare |
| Zona de instabilitate plastică | 920 - 930 grad la 0.9 - 10 s-1 | Trebuie evitate: localizarea curgerii și fisurarea |
| Răspunsul-beta | Creșterea vitezei de deformare promovează recristalizarea dinamică a fazei alfa | O reducere mai mare și o temperatură mai ridicată ajută ambele la recristalizare |
Hărțile de proces realizate pe baza acestor curbe arată că cea mai sigură cale de lucru la cald-pentru tija TC11 menține deformarea în câmpul beta-plus{-alfa la rate moderate de deformare, unde rata de disipare a energiei este mare și criteriul de instabilitate este negativ. Forjare în partea de sus a câmpului beta sau la rate de deformare peste aproximativ 1 s-1aproape de 920 de grade, invită benzi de forfecare adiabatice și ruperea suprafeței.
Efectele temperaturii și ale vitezei de deformare: rezumat
Pe măsură ce temperatura de deformare crește și viteza de deformare scade, tensiunea de curgere a TC11 scade.
Pe măsură ce viteza de deformare crește, gradul de înmuiere a tensiunii de curgere crește.
Creșterea vitezei de deformare accelerează recristalizarea dinamică a fazei alfa, în timp ce deformarea mai mare și temperatura mai ridicată încurajează ambele recristalizare.
Puncte de fabricație și inspecție
Billetele sunt încălzite într-o atmosferă controlată sub beta transus și forjate în mai multe treceri pentru a sparge structura turnată.
Temperatura de forjare a finisajului este menținută în domeniul sigur identificat pe harta de prelucrare; rata de deformare este limitată de selectarea vitezei presei.
După forjare, tija este recoacetă, îndreptată și prelucrată sau decojită la diametrul comandat.
Verificarea acoperă compoziția chimică, inspecția cu ultrasunete a solidității interne, microstructurii (conținutul alfa și dimensiunea granulelor) și proprietățile de tracțiune la temperatura camerei{0}}pe fiecare lot.
Starea suprafeței contează în domeniul aviației: o suprafață curată, fără fisuri-și o carcasă alfa controlată protejează viața la oboseală.
Aplicații în aviație și nu numai
Tija și bara TC11 servesc discurile și paletele compresorului, suporturile motorului, componentele trenului de aterizare-, fitingurile hidraulice și elementele de fixare structurale. În afara sectorului aerospațial, aceeași calitate apare în supapele de înaltă-performanță pentru automobile, pompele chimice și echipamentele sportive, unde sunt necesare atât reducerea greutății, cât și rezistența la căldură. Deoarece piesa prelucrată este la fel de bună ca stocul de intrare, cumpărătorii specifică în mod normal dimensiunea granulelor, conținutul alfa și clasa ultrasonică alături de gradul chimic.
Întrebări frecvente
Î: De ce este TC11 mai greu de falsificat decât TC4?
TC11 combină un conținut mai mare de aluminiu cu adaosuri de molibden, zirconiu și siliciu, ceea ce îngustează fereastra de deformare termică și crește rezistența la deformare, astfel încât stresul de curgere devine mult mai sensibil la temperatură și rata de deformare decât în TC4.
Î: Care este intervalul de lucru sigur la cald-pentru tija TC11?
Deformarea este menținută în mod normal în câmpul alfa-beta, cu rata maximă de disipare a energiei aproape de 940 de grade la 0,001 s-1; zona de instabilitate la 920 - 930 grade combinată cu 0.9 - 10 s-1ar trebui evitat.
Î: Cum afectează rata de deformare tensiunea de curgere?
La o anumită temperatură, o rată de deformare mai mare produce o tensiune de vârf mai mare și o înmuiere ulterioară mai pronunțată, în timp ce o rată de deformare scăzută favorizează recuperarea dinamică și dă o curbă mai plată și mai stabilă.
Î: Ce microstructură este de așteptat după forjare?
O structură duplex de alfa primară într-o matrice beta transformată; rata de deformare crescută și deformarea mai mare promovează recristalizarea dinamică a fazei alfa și rafinează boabele.
Î: Cum este verificat un lot de tije TC11 înainte de expediere?
Prin analiză chimică, testare cu ultrasunete pentru defecte interne, evaluare metalografică a conținutului alfa și a mărimii granulelor și testarea la tracțiune a specimenelor tăiate din bara finită.
Î: Ce temperatură de serviciu se potrivește cu TC11?
Calitatea este concepută pentru funcționare pe termen lung de până la aproximativ 500 de grade, motiv pentru care este ales pentru secțiunile fierbinți ale motoarelor cu turbină cu gaz, mai degrabă decât pentru lucrările structurale la temperatură ambiantă.
