Технички захтеви и референтни стандарди за плоче од легура титанијума
1. Класификација материјала и оцене
Плоче од легуре титанијума су широко класификоване у четири категорије на основу њихове микроструктуре и састава легуре. Алфа легуре, као што је Ти-5Ал-2.5Сн (Граде 6), садрже првенствено алфа стабилизаторе попут алуминијума и калаја. Ове легуре нуде одличну заварљивост и отпорност на пузање на повишеним температурама, што их чини погодним за структуре авиона и криогене примене. Близу-алфа легуре, укључујући Ти-8Ал-1Мо-1В (Граде 9) и Ти-6Ал-2Сн-4Зр-2Мо, садрже мале количине бета стабилизатора док задржавају алфа-доминантну структуру. Они обезбеђују побољшану стабилност при високим температурама за компоненте гаснотурбинских мотора.
Алфа{0}}бета легуре представљају најшире коришћену категорију, при чему је Ти-6Ал-4В (Граде 5) најбоља легура у ваздухопловству, медицини и индустрији. Ова легура постиже оптималну равнотежу чврстоће, дуктилности и жилавости лома кроз своју двофазну микроструктуру. Екстра ниска интерстицијска варијанта, Ти-6Ал-4В ЕЛИ (Граде 23), ограничава садржај кисеоника, гвожђа и водоника како би се побољшала толеранција на оштећења за критичне примене. Бета легуре као што су Ти-10В-2Фе-3Ал и Ти-15В-3Цр-3Ал-3Сн могу се третирати раствором и старети да би се постигли највиши нивои чврстоће међу легурама титанијума, са посебним предностима у формабилности пре термичке обраде.
2. Захтеви за хемијски састав
Хемијски састав плоча од легуре титанијума мора бити строго контролисан да би се обезбедила доследна механичка својства и отпорност на корозију. За Ти-6Ал-4В (Граде 5) садржај алуминијума се креће од 5,50 до 6,75 одсто, док се ванадијума креће од 3,50 до 4,50 одсто. Гвожђе је ограничено на максимално 0,30 одсто, кисеоник на 0,20 одсто, угљеник на 0,08 одсто, азот на 0,05 одсто и водоник на 0,015 одсто. Укупан број свих преосталих елемената не сме бити већи од 0,40 одсто.
За ЕЛИ степен, алуминијум је ограничен на 5,50 до 6,50 процената, гвожђе на максимално 0,25 процената, кисеоник на 0,13 процената и водоник на 0,0125 процената. Ови смањени нивои интерстиција значајно побољшавају отпорност на лом и дуктилност, због чега је овај степен обавезан за хируршке имплантате и критичне компоненте ваздухопловства. Ти-5Ал-2,5Сн (Граде 6) дозвољава алуминијум између 4,00 и 6,00 процената, калај између 2,00 и 3,00 процената, са гвожђем до 0,50 процената и водоником до 0,020 процената. Граница кисеоника одговара стандардном Ти-6Ал-4В на 0,20 процената.
3. Захтеви механичких својстава
На собној температури у уздужном правцу, плоча Ти-6Ал-4В мора да постигне минималну граничну затезну чврстоћу од 895 МПа, минималну границу течења при помаку од 0,2 процента од 828 МПа, минимално издужење од 10 процената и минимално смањење површине од 25 процената. ЕЛИ варијанта одржава исте захтеве за издужењем и редукцијом, али са благо смањеним нивоима чврстоће: 860 МПа минималне крајње затезне чврстоће и 795 МПа минималне границе течења. Ти-5Ал-2.5Сн захтева минималну затезну чврстоћу од 827 МПа, минималну границу течења од 759 МПа и одговарајућу метрику дуктилности.
За рад на повишеној температури, Ти-6Ал-2Сн-4Зр-2Мо плоча мора да покаже минималну затезну чврстоћу од 620 МПа на 315 степени Целзијуса, са отпорношћу на пузање верификованом на 425 степени Целзијуса. Жилавост лома представља критичан параметар за дизајн отпоран на оштећења. Ти-6Ал-4В ЕЛИ плоча мора да постигне жилавост лома у равни деформације К_ИЦ од најмање 75 МПа квадратног корена из метра, док Ти-5Ал-2.5Сн захтева минимум 55 МПа квадратног корена из метра. Захтеви за енергију удара по Шарпи В-зарезу су 20 џула и 16 џула.
4. Толеранције димензија и завршна обрада површине
Толеранција дебљине варира у зависности од дебљине плоче. За плоче до 6,35 милиметара, стандардна толеранција је плус или минус 0,13 милиметара, при чему је прецизност толеранције затегнута на плус или минус 0,08 милиметара. Између 6,35 и 25,4 милиметара, стандардна толеранција постаје плус или минус 0,25 милиметара, са прецизношћу на плус или минус 0,13 милиметара. За плоче веће од 25,4 милиметара до 50,8 милиметара, стандардна толеранција је плус или минус 0,38 милиметара, а толеранција прецизности је плус или минус 0,25 милиметара.
Толеранција ширине је плус 6,35 милиметара без минуса под стандардним условима, затегнута на плус 3,18 милиметара ради прецизности. Толеранција дужине је плус 25 милиметара стандардно, плус 13 милиметара прецизности. Равност не сме бити већа од 3,2 милиметра по метру према стандардним захтевима, односно 1,6 милиметара по метру за прецизну плочу. Нагиб ивице је ограничен на 3,2 милиметра по стандарду од 3 метра и 1,6 милиметара по прецизности од 3 метра.
Захтеви за завршну обраду површине зависе од методе обраде. Вруће{1}}ваљане плоче морају да постигну површинску храпавост Ра која не прелази 6,3 микрометра. Хладно ваљане или хемијски киселе плоче захтевају да Ра не прелази 3,2 микрометра. Прецизне{7}}плоче за уземљење захтевају Ра који не прелази 1,6 микрометара.
5. Металуршки захтеви
Микроструктура плоче од алфа{0}}бета легуре титанијума у млин{1}}жареном стању мора да се састоји од примарне алфа фазе једнаке осовине распоређене унутар трансформисане бета матрице. Непрекидна алфа фаза на граници зрна није дозвољена јер смањује дуктилност и отпорност на замор. Величина зрна мора бити АСТМ 5 или финија, са типичном производњом која достиже АСТМ 6 до 8. Алфа случај, тај површински слој обогаћен тврдим кисеоником-настао током обраде на високој-температури, мора бити потпуно уклоњен. Верификација захтева микро-профилисање тврдоће које не показује пораст тврдоће на површини или металографски преглед који потврђује да нема алфа-стабилизованог слоја.
Бета флеке, који су локализовани региони обогаћивања бета{0}}стабилизатора, забрањени су у критичним апликацијама у ваздухопловству. Они се откривају путем макро-инспекције нагризања помоћу одговарајућих реагенса. Садржај инклузије је оцењен према АСТМ Е45 методи А, са максималним дозвољеним нивоима А2, Б2, Ц2 и Д2 за танке, тешке, силикатне и глобуларне инклузије оксида, респективно.
6. Не-Захтеви за испитивање без разарања
Ултразвучно тестирање је обавезно за све плоче дебљине 6,35 милиметара и веће, које се спроводи према критеријумима АМС-СТД-2154 класе А. Није прихватљива ниједна индикација која прелази еквивалент рупе са равним дном од 3,2 милиметра. Испитивање пенетрације боје примењује се на све готове површине према АСТМ Е1417, без линеарних индикација дужине од 3,2 милиметра. Радиографско испитивање је резервисано за заварене или поправке према АСТМ Е1742. Испитивање вртложним струјама може заменити ултразвучно испитивање на танким плочама испод 6,35 милиметара, према АСТМ Е426 процедурама са осетљивошћу утврђеном договором између купца и добављача.
7. Услови топлотне обраде
Млин{0}}жарена плоча се обрађује на 704 до 760 степени Целзијуса, након чега следи хлађење ваздухом. Овај услов обезбеђује уравнотежена својства за опште примене. Дуплексно жарење укључује третман раствором на 954 степена Целзијуса са гашењем водом, након чега следи хлађење ваздухом на 538 степени Целзијуса, побољшавајући отпорност на ломљење за дизајне-толерантне на оштећења. Плоча третирана раствором и остарела постиже максималну чврстоћу третманом на 927 степени Целзијуса са гашењем водом, а затим старењем на 538 степени Целзијуса 4 до 8 сати. Бета жарење на 1010 степени Целзијуса са ваздушним хлађењем, након чега следи стабилизација на 760 степени Целзијуса, производи трансформисану бета микроструктуру оптимизовану за отпорност на пузање у апликацијама у ваздухопловним моторима. Ослобађање од напрезања на 538 до 649 степени Целзијуса прати операције машинске обраде или обликовања.
Сва термичка обрада мора да се одвија у вакууму на 10 до минус 3 милибара или боље, или у атмосфери аргона високе{2}} чистоће. Сваки алфа кућиште формиран током термичке обраде мора се потпуно уклонити пре завршне инспекције.
8. Референтни стандарди
Примарна спецификација за плочу од легуре титанијума је АСТМ Б265, која покрива траку, лим и плочу од титанијума и легура титанијума. Овај стандард дефинише границе хемијског састава, захтеве механичких својстава, толеранције димензија и опште одредбе о квалитету. АСТМ Б348 за шипке и гредице пружа додатне референце за механичка испитивања.
За методологију механичког испитивања, АСТМ Е8 и Е8М регулишу испитивање затезања металних материјала. Верификација тврдоће следи АСТМ Е18 за тврдоћу по Роцквеллу или АСТМ Е10 за тврдоћу по Бринелу. Процена садржаја укључивања користи АСТМ Е45, прилагођен за легуре титанијума. Мерење величине зрна следи АСТМ Е112. Микро{9}}профилисање тврдоће према АСТМ Е384 детектује заостали алфа случај. Металографска припрема узорка и гравирање прате АСТМ Е3 и АСТМ Е407.
Стандарди за испитивање без{0}}разарања обухватају АСТМ Е1417 за испитивање пенетрантима течности, АСТМ Е1742 за радиографско испитивање и АСТМ Е426 за испитивање танких производа електромагнетним вртложним струјама. Упутства за припрему површине и уклањање каменца налазе се у АСТМ Б600.
Спецификације ваздухопловних материјала пружају строже захтеве за апликације{0}}критичне за лет. АМС 4907 покрива Ти-6Ал-4В плочу у жареном стању. АМС 4911 се односи на плоче третиране раствором и старе Ти-6Ал-4В плоче. АМС 4930 специфицира екстра ниску међупросторну Ти-6Ал-4В плочу. АМС 4940 се односи на плоче Ти-5Ал-2.5Сн. АМС 4943 покрива плочу од бета легуре Ти-15В-3Цр-3Ал-3Сн. АМС 4945 адресира плочу од легуре Ти-8Ал-1Мо-1В скоро алфа. Критеријуми прихватања ултразвучне инспекције дефинисани су у АМС-СТД-2154.
Застареле војне спецификације укључују МИЛ-Т-9046 за титанијумске лимове, траке и плоче и МИЛ-Т-9047 за шипке и отковке. Испитивање животне средине прати МИЛ-СТД-810.
Међународни стандарди укључују ИСО 5832-3 за хируршке импланте од легуре Ти-6Ал-4В и ИСО 5832-10 за имплантате од легуре Ти-5Ал-2.5Фе. Британски стандарди БС 2ТА 2 и БС 2ТА 11 покривају Ти-6Ал-4В лим и плочу. Немачки ДИН 17850 даје техничке спецификације за коване легуре титанијума. Јапански ЈИС Х4600 се односи на листове, плоче и траке. Кинески национални стандард ГБ/Т 3621 и војни стандард ГЈБ 2505А примењују се на плоче од легуре титанијума за ваздухопловство.
9. Специфични захтеви-за апликације
Ваздухопловне структурне апликације захтевају податке о високо-цикличном замору, анализу толеранције оштећења и усаглашеност са нивоом А НДТ према АМС 4907, АМС 4911 и АМС-СТД-2154. Компоненте мотора за ваздухопловство захтевају повећана својства затезања на температури, проверу отпорности на пузање и испитивање термичке стабилности према АМС 4945 и АСТМ Е139.
Примене медицинских имплантата захтевају тестирање биокомпатибилности, укључујући тестове цитотоксичности и сензибилизације, при чему је материјал ЕЛИ квалитета обавезан према ИСО 5832-3, АСТМ Ф136 и АСТМ Ф1472. Опрема за хемијску обраду захтева валидацију отпорности на корозију у специфичним процесним медијима и доказану заварљивост према АСТМ Б265, АСТМ Г28 и НАЦЕ МР0175 или ИСО 15156. Поморске и приобалне структуре морају да буду отпорне на корозију морске воде и да покажу компатибилност са системима катодне заштите према АСТМ Б265}}1}ДНОСБ{1{1} Нуклеарне апликације контролишу попречни пресек апсорпције неутрона, стабилност зрачења и садржај елемената у траговима према АСМЕ коду котла и посуда под притиском, одељак ИИ, део Д.
10. Сертификација и документација
Свака производна серија мора бити праћена сертификатом о испитивању млина који документује резултате хемијске анализе, резултате испитивања механичких својстава, следљивост топлотног броја и стварне измерене димензије. Овај сертификат је обавезан према АСТМ Б265. Сертификати за испитивање без разарања извештавају о ултразвучним, пенетрантним или радиографским резултатима са записима о квалификацијама оператера. Металуршки извештаји укључују микроструктурне фотомикрографије, измерену величину зрна и оцене укључивања за критичне примене. Сертификати о топлотној обради документују параметре циклуса, тип атмосфере и записе о калибрацији термопарова. Потпуни извештаји о следљивости утврђују порекло материјала, праксу топљења и комплетну историју обраде, што је од суштинског значаја за усклађеност са прописима за ваздухопловство и медицинске уређаје.
