1. ASTM B348 Gr9 (Ti-3Al-2.5V) ir klasificēts kā "gandrīz alfa" sakausējums. Kāda ir šīs klasifikācijas specifiskā metalurģijas nozīme un kā tās mikrostruktūra tieši nodrošina tās izcilo aukstās formējamību un metināmību salīdzinājumā ar 5. pakāpi?
Klasifikācija “gandrīz{0}}alfa” ir būtiska, lai izprastu 9. klases uzvedību. Tas nozīmē, ka sakausējuma mikrostruktūra istabas temperatūrā galvenokārt sastāv no sešstūrainas ciešas -iepakotas (HCP) alfa fāzes ar nelielu, kontrolētu daudzumu (parasti 10{5}}15%) uz ķermeni centrētas kubiskās (BCC) beta fāzes, ko stabilizē 2,5% vanādija.
Metalurģijas ietekme un priekšrocības salīdzinājumā ar 5. pakāpi:
Dominējošā alfa fāze: alfa fāze nodrošina labu izturību, šļūdes pretestību un stabilitāti. Tā kā sakausējums ir dominējošā fāze, sakausējums uzvedas vairāk kā kaļamais CP titāns, nevis sarežģītā divu fāzu 5. pakāpe.
Ierobežota beta fāze: Nelielam beta fāzes daudzumam ir izšķiroša nozīme. Tas nodrošina tikai pietiekami daudz elastīgākas BCC struktūras, lai "ieeļļotu" deformācijas procesu, mazinot HCP alfa fāzes raksturīgās ierobežotās slīdēšanas sistēmas.
Iegūtās izcilās ražošanas īpašības:
Aukstās formēšanas spēja: alfa{0}}dominējošā struktūra ir ievērojami elastīgāka nekā līdzsvarotā 5. pakāpes alfa{1}}beta struktūra. 9. pakāpes stieni var aukstumā izvilkt, saliekt un izpletīt daudz vairāk nekā 5. pakāpē, neprasot starpposma termisko apstrādi, lai mazinātu stresu un novērstu plaisāšanu. Tas padara to ideāli piemērotu bezšuvju cauruļu un sarežģītu formu detaļu ražošanai tieši no stieņu krājumiem.
Metināmība: zemais beta stabilizatora (V) saturs un no tā izrietošā mikrostruktūra padara to mazāk uzņēmīgu pret pēc-metināšanas trauslumu un trauslu fāžu veidošanos karstuma-ietekmētajā zonā (HAZ), salīdzinot ar 5. pakāpi. Lai gan joprojām ir nepieciešama stingra inertās gāzes ekranēšana, parasti metināšana ir labāka{0}. stingrība, padarot to par piedodošāku un uzticamāku materiālu izgatavotām konstrukcijām.
2. Aviācijas un kosmosa lietojumos 9. pakāpes stienis bieži tiek norādīts hidrauliskajām caurulēm un sistēmas komponentiem. Kāds īpašs īpašību kopums padara to piemērotāku šai lomai nekā 2. pakāpe (KP) vai 5. pakāpe (Ti-6Al-4V)?
Aviācijas un kosmosa hidrauliskās sistēmas rada nevainojamu prasību vētru: tām jābūt vieglām, tām jābūt ļoti augsta spiedienam (piemēram, 3000–5000 psi), tām jābūt uzticamām tūkstošiem ciklu un jāveido sarežģītos izkārtojumos. 9. klase ir optimālais risinājums šai "Zelta plaukstas zonai".
Aviācijas un kosmosa hidraulisko sistēmu salīdzinājums:
pret 2. pakāpi (CP Titanium): 2. pakāpei trūkst vajadzīgās tecēšanas robežas. Lai ierobežotu sistēmas spiedienu ar 2. pakāpi, cauruļu sieniņu biezumam jābūt pārmērīgi lielam, tādējādi liedzot svara ietaupījumu, izmantojot titānu. 9. klase nodrošina par aptuveni 50% lielāku izturību aukstā-nostrādātā-un-sprieguma-noņemtā stāvoklī, ļaujot izmantot plānās-sienu, vieglās caurules, kas atbilst spiediena integritātes prasībām.
pret 5. klasi (Ti-6Al-4V): lai gan 5. klasei ir vairāk nekā pietiekami stipra, tās sliktā aukstā formējamība padara to ļoti sarežģītu un dārgu izgatavošanu garās, maza diametra, plānsienu caurulēs ar stingriem līkumiem, kas nepieciešami lidmašīnām. 9. klases izcilā elastība ļauj veikt uzticamus un ekonomiskus aukstās vilkšanas un liekšanas procesus, kas ir būtiski mūsdienu lidmašīnās sastopamo sarežģīto cauruļu konfigurāciju ražošanai.
Uzvarošā kosmosa kombinācija:
9. klase nodrošina galveno trio: 1) pietiekamu izturību augsta spiediena nodrošināšanai, 2) izcilu aukstumapstrādājamību ražošanā un 3) ievērojamu svara ietaupījumu salīdzinājumā ar tērauda alternatīvām. Tāpēc tas ir izvēlēts materiāls hidrauliskajām caurulēm, cauruļu veidgabaliem un savienotājiem gan komerciālajos, gan militārajos lidaparātos.
3. Kuģniecības nozarē tiek izmantoti 9. klases stieņi tādiem komponentiem kā kuģa siltummaiņa caurules un zemūdens piederumi. Papildus vispārējai izturībai pret koroziju, kāda īpaša īpašība padara to īpaši izturīgu pret eroziju-koroziju liela ātruma-jūras ūdenī?
Galvenā īpašība ir tās augstās izturības un pasīvās oksīda plēves izturības kombinācija.
Erozija{0}}korozija ir sinerģisks process, kurā mehāniskais nodilums (erozija) paātrina korozijas ātrumu, noņemot aizsargplēvi, un korozija savukārt palielina nodilumu, izšķīdinot sacietējušo virsmu.
Izturīga pasīvā plēve: tāpat kā visi titāna sakausējumi, 9. klase veido ļoti lipīgu, stabilu un paš-dziedinošu titāna dioksīda (TiO₂) slāni. Šī plēve ir ķīmiski saistīta ar pamatni, un mehāniska iedarbība to nav viegli noplīsusi.
Pamatizturība un cietība: lai gan 9. pakāpe nav tik cieta kā 5. pakāpe, tai ir ievērojami augstāka izturība un cietība nekā 2. pakāpei. Tas nodrošina izturīgāku substrātu, kas labāk iztur mehānisko nobrāzumu, ko izraisa suspendētas cietās vielas, kavitācijas burbuļi vai liela -ātruma ūdens plūsma. Ja plēve ir īslaicīgi bojāta, tās pamatā esošais metāls ir izturīgāks pret mehānisku rievošanu, un plēve var ātri repasivēties, pirms notiek ievērojams metāla zudums.
Tādējādi 9. klase ir ideāli piemērota tādiem komponentiem kā jūras ūdens sūkņa vārpstas, vārstu apdare un siltummaiņa caurules, kur plūstoša, potenciāli abrazīva jūras ūdens kombinācija un nepieciešamība pēc ilgstošas, bez{2}}apkopes izslēdz nerūsējošo tēraudu un vara-niķeļa sakausējumus.
4. Kādas galvenās bioloģiskās saderības priekšrocības, salīdzinot ar 5. klasi, ir medicīnisko implantu ražotājam, kurš apsver 9. pakāpes stieni ne-noslodzes-kritiskam ķirurģiskam instrumentam, un kāds ir ar to saistītais metalurģiskais iemesls?
Galvenā bioloģiskās saderības priekšrocība ir samazināts ar vanādiju{0}}saistītas bioloģiskās reakcijas risks.
Vanādija problēma 5. pakāpē: 5. pakāpe (Ti-6Al-4V) satur 4% vanādija. Lai gan sakausējums tiek plaši izmantots un tiek uzskatīts par bioloģiski saderīgu, medicīnas aprindās pastāv ilgstošas, lai arī apspriestas, bažas par vanādija jonu izdalīšanās iespējamību organismā laika gaitā. Vanādijs ir mazāk bioloģiski draudzīgs elements salīdzinājumā ar titānu, niobiju vai tantalu.
9. pakāpes risinājums: 9. pakāpē ir tikai 2,5% vanādija -ievērojami mazāks daudzums. Šis samazinājums samazina potenciāli problemātiskā elementa uzskaiti implantā, tādējādi samazinot jebkādu teorētisku nevēlamas audu reakcijas vai jonu izdalīšanās risku.
Metalurģiskais iemesls:
9. klases sakausējuma dizains pierāda, ka augstu izturību var sasniegt bez augsta vanādija satura. 3% alumīnijs nodrošina cietu -šķīduma alfa fāzes nostiprināšanu, savukārt samazinātais 2,5% vanādija ir pietiekams, lai stabilizētu nelielu beta fāzes daudzumu, kas nepieciešams, lai uzlabotu formējamību un stingrību. Šīs konservatīvākas sakausēšanas pieejas rezultātā tiek iegūts materiāls, kas bieži tiek uzskatīts par tādu, kam ir lielāka drošības rezerve noteiktām ilgtermiņa implantējamām ierīcēm vai pacientiem ar zināmu jutīgumu pret metāliem, pat ja tas nav tik izturīgs kā 5. pakāpes ELI.
5. Apstrādājot precizitātes komponentu no 9. klases stieņa, kāda ir tās mehāniskā apstrāde salīdzinājumā ar 2. un 5. klasi, un kāda ir galvenā darbarīku un parametru pielāgošana, kas jāveic mašīnistam, pārejot no 2. klases uz 9. klasi?
9. pakāpes mehāniskā apstrāde atrodas tieši starp 2. pakāpi (labākā) un 5. pakāpi (sliktākā).
Apstrādājamības klasifikācija: 2. pakāpe > 9. pakāpe > 5. pakāpe
2. pakāpe ir vispiedodošākā, ar mazāku izturību un labu lokanību, kas nodrošina mazāku griešanas spēku un ilgāku instrumenta kalpošanas laiku.
5. klase ir vissarežģītākā tās augstās izturības, sliktās siltumvadītspējas un spēcīgas sacietēšanas tendences dēļ.
9. pakāpe ir augstāka grūtības pakāpe salīdzinājumā ar 2. pakāpi. Tā lielāka izturība palielina griešanas spēkus un temperatūru, un tas uzrāda vairāk darba-cietēšanas.
Primārais instruments un parametru pielāgošana:
Vissvarīgākā korekcija, pārejot no 2. pakāpes uz 9. pakāpi, ir griešanas ātruma samazināšana (SFM - virsmas pēdas minūtē).
Pamatojums: 9. klases augstāka izturība rada vairāk siltuma instrumenta{1}}sagataves saskarnē. Tā kā titāna sliktā siltumvadītspēja aiztur šo siltumu visprogresīvākajā virzienā, galvenā stratēģija ir samazināt siltuma ģenerēšanas ātrumu. Visefektīvākais veids, kā to panākt, ir samazināt griešanas ātrumu.
Tipisks regulējums: mašīnists var samazināt griešanas ātrumu par 15-25%, pārejot no 2. pakāpes uz 9. pakāpi, vienlaikus saglabājot mērenu padeves ātrumu, lai nodrošinātu, ka griešana tiek veikta zem apstrādātā slāņa.
Instrumenti: lai gan var izmantot tādas pašas klases nepārklātu vai PVD{0}}pārklātu mikro-graudu karbīdu, instruments ātrāk nodilsies, apstrādājot 9. pakāpi. Instrumenta kalpošanas laiks ir jāpielāgo, un instrumenta pārbaudei attiecībā uz sānu nodilumu un krāterēšanu jāveic biežāk. Lai samazinātu griešanas spēkus un sacietēšanu, joprojām ir svarīgi nodrošināt asu griešanas malu un pozitīvu slīpuma leņķi.
