Vareta d'aliatge de titani TC11 per a l'aviació: visió general del producte
El TC11 és un aliatge de titani alfa-beta del tipus Ti{-6,5Al-3,5Mo{-1,5Zr-0,3Si, desenvolupat per a un servei a llarg termini-a temperatures de fins a uns 500 graus. Com que ofereix una alta relació resistència-pes juntament amb una bona estabilitat tèrmica, la barra i la barra forjades TC11 s'especifiquen àmpliament per a discs, fulles, separadors i elements de fixació d'alta càrrega de compressors de motors aeris. No obstant això, l'aliatge és exigent per al treball en calent: la seva finestra de deformació tèrmica és estreta i la seva resistència a la deformació és alta, de manera que la tensió de flux respon fortament tant a la temperatura com a la velocitat de deformació.
Composició nominal i estructura
| Element | Interval nominal (% en pes) | Funció |
|---|---|---|
| Al | 5.8 - 7.0 | Estabilitzador alfa, enfortiment de la-solució sòlida |
| Mo | 2.8 - 3.8 | Beta estabilitzador, enduriment |
| Zr | 0.8 - 2.0 | Reforç-solució sòlida |
| Si | 0.20 - 0.35 | Resistència a la fluència i a la calor |
| Ti | Balanç | Matriu |
El beta transus d'aquest grau es troba prop dels 1000 graus. Per sobre, l'aliatge és totalment beta; a sota, la microestructura consta d'alfa primària en una matriu beta transformada, i la relació alfa/beta establerta durant la forja controla l'equilibri entre la força i la tolerància al dany. La vareta normalment es subministra en estat recuit, amb una estructura de gra-uniforme i fi i una capa alfa controlada a la superfície.
Comportament de deformació en calent i esforç de flux
Les corbes de tensió de flux registrades en proves de compressió isotèrmica mostren tres règims clars:
Temperatura baixa (750 graus i 800 graus):L'estrès del flux augmenta de manera constant amb l'augment de la tensió, pics i només aleshores es suavitza lentament. L'enduriment per treball domina perquè el suavització dinàmica no pot seguir el ritme de la generació de dislocacions.
Alta temperatura (920 graus, 940 graus i 960 graus):després d'una forta pujada inicial, la corba es suavitza ràpidament i s'instal·la en un altiplà d'estat estacionari-, que és la signatura de la recristal·lització dinàmica.
Efecte-de la tensió:a una temperatura fixa, una velocitat de deformació més alta augmenta la tensió màxima i augmenta el grau de suavització que la segueix, mentre que una velocitat de deformació més baixa permet un temps de deformació més llarg per a la recuperació dinàmica, produint corbes més planes.
El mecanisme s'entén bé. Durant l'etapa inicial de la deformació, la velocitat d'enduriment del treball-supera la velocitat de suavització dinàmica. Si la velocitat de tensió és alta, l'estrès del flux augmenta ràpidament; a mesura que avança la deformació, la densitat de dislocació i l'energia de distorsió de la gelosia augmenten, proporcionant tant els llocs de nucleació com la força motriu per a la recristal·lització dinàmica. El resultat és una caiguda de la densitat de dislocació i una caiguda de l'estrès del flux.
Finestra de processament i zona d'inestabilitat
| Paràmetre | Valor observat | Significat pràctic |
|---|---|---|
| Màxima taxa de dissipació d'energia | 0,71 a 940 graus i 0,001 s-1 | Domini més favorable per al refinament del gra |
| Tensió real a la qual es va avaluar el mapa | 0.6 | Representa la major part de la passada de forja |
| Zona d'inestabilitat plàstica | 920 - 930 grau a 0.9 - 10 s-1 | S'ha d'evitar: localització del flux i esquerdes |
| Resposta en fase beta- | L'augment de la velocitat de tensió afavoreix la recristal·lització dinàmica de la fase alfa | Una reducció més alta i una temperatura més alta ajuden a la recristal·lització |
Els mapes de procés elaborats a partir d'aquestes corbes mostren que la ruta de treball en calent-més segura per a la vareta TC11 manté la deformació al camp beta-plus{-alfa a velocitats de deformació moderades, on la taxa de dissipació d'energia és alta i el criteri d'inestabilitat és negatiu. Forja a la part superior del camp beta, o amb velocitats de tensió superiors a aproximadament 1 s-1prop de 920 graus, convida a bandes de cisalla adiabàtica i esquinçament de la superfície.
Efectes de la temperatura i la velocitat de tensió: resum
A mesura que la temperatura de deformació augmenta i la velocitat de deformació baixa, la tensió de flux de TC11 disminueix.
A mesura que augmenta la velocitat de deformació, augmenta el grau de suavització de la tensió del flux.
L'augment de la velocitat de tensió accelera la recristal·lització dinàmica de la fase alfa, mentre que una deformació més gran i una temperatura més alta afavoreixen la recristal·lització.
Punts de fabricació i inspecció
Els billets s'escalfen en una atmosfera controlada per sota del beta transus i es forgen en múltiples passades per trencar l'estructura de fosa.
La temperatura de forja d'acabat es manté dins del domini segur identificat al mapa de processament; la velocitat de tensió està limitada per la selecció de velocitat de premsa.
Després de la forja, la vareta es recuit, es redreça i es mecanitza o es pela al diàmetre ordenat.
La verificació abasta la composició química, la inspecció per ultrasons de la solidesa interna, la microestructura (contingut alfa i mida del gra) i les propietats de tracció a temperatura ambient-de cada lot.
L'estat de la superfície és important en els treballs d'aviació: una superfície neta i lliure d'esquerdes- i una funda alfa controlada protegeixen la vida a la fatiga.
Aplicacions a l'aviació i més enllà
La barra i la barra TC11 serveixen discos i pales de compressor, suports del motor, components del tren d'aterratge-, accessoris hidràulics i elements de subjecció estructurals. Fora de l'aeroespacial, el mateix grau apareix a les-vàlvules d'automòbils d'alt rendiment, les bombes químiques i els equips esportius on es requereix un estalvi de pes i una resistència a la calor. Com que la peça mecanitzada només és tan bona com l'estoc d'entrada, els compradors normalment especifiquen la mida del gra, el contingut alfa i la classe d'ultrasons al costat del grau químic.
Preguntes freqüents
P: Per què és més difícil de forjar el TC11 que el TC4?
El TC11 combina un contingut més elevat d'alumini amb addicions de molibdè, zirconi i silici, cosa que redueix la finestra de deformació tèrmica i augmenta la resistència a la deformació, de manera que l'estrès del flux es torna molt més sensible a la temperatura i la velocitat de tensió que en TC4.
P: Quin és el rang de treball segur-calent per a la canya TC11?
La deformació es manté normalment al camp alfa-beta amb la velocitat màxima de dissipació d'energia prop de 940 graus a 0,001 s-1; la zona d'inestabilitat a 920 - 930 grau combinada amb 0.9 - 10 s-1s'ha d'evitar.
P: Com afecta la velocitat de tensió a l'estrès del flux?
A una temperatura determinada, una taxa de tensió més alta produeix una tensió màxima més alta i un suaviment posterior més pronunciat, mentre que una taxa de tensió baixa afavoreix la recuperació dinàmica i dóna una corba més plana i estable.
P: Quina microestructura s'espera després de la forja?
Una estructura dúplex d'alfa primària en una matriu beta transformada; L'augment de la velocitat de deformació i una major deformació afavoreixen la recristal·lització dinàmica de la fase alfa i perfeccionen els grans.
P: Com es verifica un lot de varetes TC11 abans de l'enviament?
Mitjançant anàlisi química, proves d'ultrasons per a defectes interns, avaluació metal·logràfica del contingut alfa i la mida del gra i proves de tracció de mostres tallades de la barra acabada.
P: Quina temperatura de servei s'adapta al TC11?
El grau està dissenyat per a un funcionament a llarg termini-fins a uns 500 graus aproximadament, i és per això que s'escull per a les seccions calentes de motors de turbina de gas en lloc de per a treballs estructurals a temperatura ambient-només.
