Tehniskās prasības un atsauces standarti titāna sakausējuma plāksnēm
1. Materiālu klasifikācija un pakāpes
Titāna sakausējuma plāksnes ir plaši iedalītas četrās kategorijās, pamatojoties uz to mikrostruktūru un sakausējuma sastāvu. Alfa sakausējumi, piemēram, Ti-5Al-2,5Sn (6. klase), galvenokārt satur alfa stabilizatorus, piemēram, alumīniju un alvu. Šie sakausējumi nodrošina izcilu metināmību un šļūdes pretestību paaugstinātā temperatūrā, padarot tos piemērotus lidmašīnu korpusu konstrukcijām un kriogēniem lietojumiem. Gandrīz{17}}alfa sakausējumi, tostarp Ti-8Al-1Mo-1V (9. klase) un Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, satur nelielu daudzumu beta stabilizatoru, vienlaikus saglabājot alfa dominējošo struktūru. Tie nodrošina uzlabotu gāzturbīnu dzinēja komponentu stabilitāti augstā temperatūrā.
Alfa-beta sakausējumi ir visplašāk izmantotā kategorija, un Ti-6Al-4V (5. klase) ir darba zirgu sakausējums kosmosa, medicīnas un rūpniecības nozarēs. Šis sakausējums nodrošina optimālu līdzsvaru starp izturību, elastību un izturību pret lūzumiem, pateicoties tā divfāzu mikrostruktūrai. Īpaši zems intersticiālais variants Ti-6Al-4V ELI (23. klase) ierobežo skābekļa, dzelzs un ūdeņraža saturu, lai uzlabotu toleranci pret bojājumiem kritiskos lietojumos. Beta sakausējumus, piemēram, Ti-10V-2Fe-3Al un Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, var apstrādāt ar šķīdumu un vecināt, lai sasniegtu augstāko stiprības līmeni starp titāna sakausējumiem, ar īpašām formējamības priekšrocībām pirms termiskās apstrādes.
2. Ķīmiskā sastāva prasības
Titāna sakausējuma plākšņu ķīmiskais sastāvs ir stingri jākontrolē, lai nodrošinātu nemainīgas mehāniskās īpašības un izturību pret koroziju. Ti-6Al-4V (5. pakāpe) alumīnija saturs svārstās no 5,50 līdz 6,75 procentiem, savukārt vanādija saturs svārstās no 3,50 līdz 4,50 procentiem. Dzelzs ir ierobežots līdz 0,30 procentiem, skābeklis līdz 0,20 procentiem, ogleklis līdz 0,08 procentiem, slāpeklis līdz 0,05 procentiem un ūdeņradis līdz 0,015 procentiem. Visu atlikušo elementu kopsumma nedrīkst pārsniegt 0,40 procentus.
ELI klasē alumīnija saturs ir ierobežots līdz 5,50–6,50 procentiem, dzelzs līdz 0,25 procentiem, skābeklis līdz 0,13 procentiem un ūdeņradis līdz 0,0125 procentiem. Šie samazinātie intersticiālie līmeņi ievērojami uzlabo lūzumu stingrību un elastību, tāpēc šī pakāpe ir obligāta ķirurģiskiem implantiem un kritiskiem aviācijas un kosmosa konstrukcijas komponentiem. Ti-5Al-2,5Sn (6. klase) pieļauj alumīnija saturu no 4,00 līdz 6,00 procentiem, alvu no 2,00 līdz 3,00 procentiem, ar dzelzi līdz 0,50 procentiem un ūdeņradi līdz 0,020 procentiem. Skābekļa ierobežojums atbilst standarta Ti-6Al-4V ar 0,20 procentiem.
3. Mehānisko īpašību prasības
Telpas temperatūrā garenvirzienā Ti-6Al-4V plāksnei jāsasniedz minimālā galīgā stiepes izturība 895 MPa, minimālā tecēšanas robeža pie 0,2 procentu nobīdes 828 MPa, minimālais pagarinājums 10 procenti un minimālais laukuma samazinājums par 25 procentiem. ELI variantam tiek saglabātas tādas pašas pagarinājuma un samazināšanas prasības, bet ar nedaudz samazinātu stiprības līmeni: 860 MPa minimālā maksimālā stiepes izturība un 795 MPa minimālā tecēšanas robeža. Ti-5Al-2,5Sn nepieciešama 827 MPa minimālā stiepes izturība, 759 MPa minimālā tecēšanas robeža un atbilstoša elastības metrika.
Paaugstinātas temperatūras lietošanai Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo plāksnei ir jāuzrāda minimālā stiepes izturība 620 MPa pie 315 grādiem pēc Celsija, un šļūdes pretestība ir pārbaudīta pie 425 grādiem pēc Celsija. Izturība pret lūzumiem ir būtisks parametrs pret bojājumiem izturīgai konstrukcijai. Ti-6Al-4V ELI plāksnei jāsasniedz plaknes deformācijas lūzuma izturība K_IC, kas ir vismaz 75 MPa kvadrātsakne no metra, savukārt Ti-5Al-2,5Sn nepieciešama vismaz 55 MPa kvadrātsakne no metra. Šarpi V veida iecirtuma trieciena enerģijas prasības ir attiecīgi 20 džouli un 16 džouli.
4. Izmēru pielaides un virsmas apdare
Biezuma pielaide atšķiras atkarībā no plāksnes biezuma. Plāksnēm līdz 6,35 milimetriem standarta pielaide ir plus vai mīnus 0,13 milimetri, un precizitātes pielaide ir pievilkta līdz plus vai mīnus 0,08 milimetriem. No 6,35 līdz 25,4 milimetriem standarta pielaide kļūst plus vai mīnus 0,25 milimetri, ar precizitāti plus vai mīnus 0,13 milimetri. Plāksnēm, kuru garums pārsniedz 25,4 milimetrus līdz 50,8 milimetrus, standarta pielaide ir plus vai mīnus 0,38 milimetri, un precizitātes pielaide ir plus vai mīnus 0,25 milimetri.
Platuma pielaide ir plus 6,35 milimetri, standarta apstākļos bez mīnusa, precizitātes labad pievilkta līdz plus 3,18 milimetriem. Garuma pielaide ir plus 25 milimetri standarta plus 13 milimetru precizitāte. Plakanums nedrīkst pārsniegt 3,2 milimetrus uz metru saskaņā ar standarta prasībām vai 1,6 milimetrus uz metru precīzai plāksnei. Malu izliekums ir ierobežots līdz 3,2 milimetriem uz 3 metriem standarta un 1,6 milimetriem uz 3 metriem precizitāti.
Virsmas apdares prasības ir atkarīgas no apstrādes metodes. Karsti velmētajām plāksnēm jāsasniedz virsmas raupjums Ra, kas nepārsniedz 6,3 mikrometrus. Auksti-velmētām vai ķīmiski kodinātām plāksnēm ir nepieciešams Ra, kas nepārsniedz 3,2 mikrometrus. Precizitātes-zemējuma plāksnēm ir nepieciešams Ra, kas nepārsniedz 1,6 mikrometrus.
5. Metalurģijas prasības
Alfa{0}}beta titāna sakausējuma plāksnes mikrostruktūrai dzirnaviņas-atlaidinātā stāvoklī ir jāsastāv no vienādas primārās alfa fāzes, kas sadalīta pārveidotā beta matricā. Nepārtraukta graudu robežas alfa fāze nav atļauta, jo tā pasliktina elastību un noguruma izturību. Graudu izmēram ir jābūt ASTM 5 vai smalkākam, tipiskajai produkcijai sasniedzot ASTM 6 līdz 8. Alfa korpuss, ar cieto skābekli bagātinātais virsmas slānis, kas veidojas augstas temperatūras apstrādes laikā, ir pilnībā jānoņem. Lai veiktu verifikāciju, ir nepieciešams mikro{10}}cietības profils, kurā nav redzams cietības smailes līmenis uz virsmas, vai metalogrāfiskā pārbaude, kas apstiprina, ka nav palicis alfa{11}}stabilizēts slānis.
Beta plankumi, kas ir lokalizēti beta-stabilizatora bagātināšanas apgabali, ir aizliegti kritiskos kosmosa lietojumos. Tie tiek atklāti, izmantojot makro-etch pārbaudi, izmantojot atbilstošus reaģentus. Iekļaušanas saturs ir novērtēts atbilstoši ASTM E45 A metodei ar maksimāli pieļaujamajiem līmeņiem A2, B2, C2 un D2 attiecīgi plāniem, smagiem, silikātu un lodveida oksīdu ieslēgumiem.
6. Nesagraujošās pārbaudes prasības
Ultraskaņas pārbaude ir obligāta visām plāksnēm, kuru izmērs ir 6,35 milmetri un biezāka, un to veic atbilstoši AMS-STD-2154 A klases kritērijiem. Nav pieļaujama neviena norāde, kas pārsniedz 3,2 milimetru plakanā dibena cauruma ekvivalentu. Krāsas caurlaidības tests attiecas uz visām pabeigtajām virsmām atbilstoši ASTM E1417, bez lineārām norādēm, kuru garums pārsniedz 3,2 milimetrus. Radiogrāfiskā pārbaude ir paredzēta metinātām vai remonta zonām saskaņā ar ASTM E1742. Virpuļstrāvas pārbaude var aizstāt ultraskaņas testēšanu plānām plāksnēm, kuru diametrs ir mazāks par 6,35 milimetriem, ievērojot ASTM E426 procedūras ar jutīgumu, kas noteikts, vienojoties starp pircēju un piegādātāju.
7. Termiskās apstrādes nosacījumi
Dziļ-atlaidinātā plāksne tiek apstrādāta 704–760 grādos pēc Celsija, kam seko gaisa dzesēšana. Šis nosacījums nodrošina līdzsvarotas īpašības vispārīgiem lietojumiem. Dupleksā atkausēšana ietver šķīduma apstrādi 954 grādos pēc Celsija ar ūdens dzesēšanu, kam seko gaisa dzesēšana par 538 grādiem pēc Celsija, uzlabojot izturību pret lūzumiem pret bojājumiem{7}}tolerantu dizainu. Ar šķīdumu apstrādāta un novecota plāksne sasniedz maksimālo stiprību, apstrādājot 927 grādos pēc Celsija ar ūdens dzesēšanu, pēc tam izturot 538 grādos pēc Celsija 4 līdz 8 stundas. Beta atkvēlināšana pie 1010 grādiem pēc Celsija ar gaisa dzesēšanu, kam seko stabilizācija pie 760 grādiem pēc Celsija, rada pārveidotu beta mikrostruktūru, kas optimizēta šļūdei pretestībai kosmosa dzinēju lietojumos. Sprieguma samazināšana pie 538 līdz 649 grādiem pēc Celsija seko apstrādes vai formēšanas darbībām.
Visai termiskai apstrādei jānotiek vakuumā pie 10 līdz mīnus 3 milibāri vai augstāka, vai augstas -tīrības argona atmosfērā. Jebkurš alfa apvalks, kas veidojas termiskās apstrādes laikā, ir pilnībā jānoņem pirms galīgās pārbaudes.
8. Atsauces standarti
Titāna sakausējuma plākšņu primārā specifikācija ir ASTM B265, kas aptver titāna un titāna sakausējuma sloksnes, loksnes un plāksni. Šis standarts nosaka ķīmiskā sastāva ierobežojumus, mehānisko īpašību prasības, izmēru pielaides un vispārīgos kvalitātes noteikumus. ASTM B348 stieņiem un sagatavēm nodrošina papildu mehāniskās pārbaudes atsauces.
Mehāniskās testēšanas metodoloģijai ASTM E8 un E8M regulē metālisku materiālu stiepes testēšanu. Cietības pārbaude atbilst ASTM E18 Rokvela cietībai vai ASTM E10 Brinela cietībai. Iekļaušanas satura novērtējumā tiek izmantots ASTM E45, kas pielāgots titāna sakausējumiem. Graudu izmēra mērīšana notiek pēc ASTM E112. Mikro-cietības profilēšana atbilstoši ASTM E384 nosaka atlikušo alfa gadījumu. Metalogrāfiskā parauga sagatavošana un kodināšana atbilst attiecīgi ASTM E3 un ASTM E407.
Nesagraujošās testēšanas standartos ietilpst ASTM E1417 šķidruma caurlaidības pārbaudei, ASTM E1742 radiogrāfiskai pārbaudei un ASTM E426 plānu izstrādājumu elektromagnētiskās virpuļstrāvas pārbaudei. Virsmas sagatavošanas un atkaļķošanas norādījumi ir atrodami ASTM B600.
Aviācijas un kosmosa materiālu specifikācijas nodrošina stingrākas prasības lidojumiem{0}}kritiskām lietojumprogrammām. AMS 4907 pārklāj Ti-6Al-4V plāksni atkausētā stāvoklī. AMS 4911 attiecas uz ar šķīdumu apstrādātu un vecu Ti-6Al-4V plāksni. AMS 4930 nosaka īpaši zemu intersticiālu Ti-6Al-4V plāksni. AMS 4940 attiecas uz Ti-5Al-2.5Sn plāksni. AMS 4943 aptver Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn beta sakausējuma plāksni. AMS 4945 attiecas uz Ti-8Al-1Mo-1V gandrīz alfa sakausējuma plāksni. Ultraskaņas pārbaudes pieņemšanas kritēriji ir noteikti AMS-STD-2154.
Mantotās militārās specifikācijas ietver MIL{0}}T-9046 titāna loksnēm, sloksnēm un plāksnēm un MIL-T-9047 stieņiem un kalumiem. Vides testēšana notiek saskaņā ar MIL-STD-810.
Starptautiskie standarti ietver ISO 5832-3 kaltiem Ti-6Al-4V sakausējuma ķirurģiskajiem implantiem un ISO 5832-10 Ti-5Al-2.5Fe sakausējuma implantiem. Lielbritānijas standarti BS 2TA 2 un BS 2TA 11 aptver Ti-6Al-4V loksni un plāksni. Vācu DIN 17850 nodrošina tehniskās specifikācijas kaltiem titāna sakausējumiem. Japāņu JIS H4600 adresē loksnes, plāksnes un sloksnes. Ķīnas valsts standarts GB/T 3621 un militārais standarts GJB 2505A attiecas uz aviācijas klases titāna sakausējuma plāksnēm.
9. Pieteikšanās-Īpašās prasības
Aviācijas un kosmosa strukturālajām lietojumprogrammām ir nepieciešami augsti -cikla noguruma dati, bojājumu tolerances analīze un A līmeņa NDT atbilstība saskaņā ar AMS 4907, AMS 4911 un AMS-STD-2154. Aviācijas un kosmosa dzinēju komponentiem ir nepieciešamas paaugstinātas temperatūras stiepes īpašības, šļūdes pretestības pārbaude un termiskās stabilitātes pārbaude atbilstoši AMS 4945 un ASTM E139.
Medicīnisko implantu lietojumos ir jāveic bioloģiskās saderības pārbaude, tostarp citotoksicitātes un sensibilizācijas testi, izmantojot ELI klases materiālu saskaņā ar ISO 5832-3, ASTM F136 un ASTM F1472. Ķīmiskās apstrādes iekārtām ir nepieciešama korozijas izturības validācija konkrētā procesa vidē un pierādīta metināmība atbilstoši ASTM B265, ASTM G28 un NACE MR0175 vai ISO 15156. Jūras un jūras konstrukcijām ir jāiztur jūras ūdens korozija un jāpierāda savietojamība ar katodaizsardzības sistēmām atbilstoši ASTM B265}}}}DNV{{01}}}DNV{{01}. Kodolenerģijas lietojumi kontrolē neitronu absorbcijas šķērsgriezumu, starojuma stabilitāti un mikroelementu saturu atbilstoši ASME katlu un spiedtvertņu koda II sadaļas D daļai.
10. Sertifikācija un dokumentācija
Katrai ražošanas partijai ir jāpievieno dzirnavu pārbaudes sertifikāts, kurā dokumentēti ķīmiskās analīzes rezultāti, mehānisko īpašību pārbaudes rezultāti, siltuma skaita izsekojamība un faktiskie izmērītie izmēri. Šis sertifikāts ir obligāts saskaņā ar ASTM B265. Nesagraujošās pārbaudes sertifikātos ir norādīti ultraskaņas, caurlaidības vai radiogrāfijas rezultāti ar operatora kvalifikācijas ierakstiem. Metalurģijas ziņojumos ir iekļauti mikrostruktūras mikrofotogrāfi, izmērīts graudu izmērs un iekļaušanas vērtējumi kritiskiem lietojumiem. Termiskās apstrādes sertifikāti dokumentē cikla parametrus, atmosfēras tipu un termopāra kalibrēšanas ierakstus. Pilnie izsekojamības ziņojumi nosaka materiāla izcelsmi, kausēšanas praksi un pilnīgu apstrādes vēsturi, kas ir būtiski, lai nodrošinātu atbilstību kosmosa un medicīnas ierīču normatīvajiem aktiem.
