Titaanisulamid kaitsetehnoloogias: klassi valik, AMS-i ja ASTM-i spetsifikatsioonid

Miks on titaanisulamid ette nähtud kaaluga{0}}kriitilise kaitseriistvara jaoks?

Titanium kuulub kaitsetehnika kitsasse, kuid otsustavasse rühma. See on võrreldava tugevusega terasest ligikaudu 40 protsenti kergem, säilitab kasutatavad mehaanilised omadused alates krüogeensest temperatuurist kuni umbes 400 C-ni tööhobuse 5. klassi sulami puhul ja taastab oma passiivse oksiidkile kohe pärast kriimustamist, nii et mereõhku kandev kloriid{4} ja soolapihustus ei tee sellele midagi. Programmikontori kasuliku koormuse ja vahemiku ja hooldusintervalliga kaubeldes muudetakse need kolm omadust otse säästetud kilogrammideks ja vähem depoo{6}}taseme kontrollideks.

Puuduseks on kulu. Vaakum-sulatatud titaani valuplokk jääb kilogrammi kohta mitu korda kallimaks kui konstruktsiooniteras või alumiinium ning konversioonikulud on halvemad, kuna metall juhib soojust vaid umbes 6,7 W/mK juures, mis on ligikaudu seitsmendik süsinikterasest, ja töö{4}}kõveneb agressiivselt. Seetõttu kasutatakse titaani valikuliselt: liitmikud, kinnitusdetailid, hüdroliinid, kuumad mootoriosad, telik, väljalaskekonstruktsioonid, soomusplaat ja lahingumoona riistvara, mitte terviklikud lennukiraamid.

Milliseid sulameid tegelikult kasutatakse ja kus

Neli sulamiperekonda katavad suurema osa kaitsenõudlusest. Kaubanduslikult puhtad klassid 1–4 taluvad korrosioonikindlust ja kerget struktuuri. 5. klass, Ti-6Al-4V alfa-beetasulam, on üldotstarbeline{15}}konstruktsiooniline tööhobune. Peaaegu alfa-sulamid, nagu Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, valitakse, kui roomamiskindlus ja tugevus kõrgel temperatuuril on olulised. Metastable beetasulamid pakuvad keeruliste lehtdetailide jaoks kõige sügavamat karastavust ja kõige tihedamat vormitavust.

Hinne 5 on lähtetase, mille alusel kõike muud hinnatakse, ja selle nõuded on hästi dokumenteeritud. ASTM B348 seab lõõmutatud varda ja tooriku minimaalseks tõmbetugevuseks 895 MPa, mis vastab 130 ksi-le, ja minimaalseks 0,2-protsendiliseks nihkeks voolavuspiiriks 828 MPa ehk 120 ksi, minimaalse pikenemisega 10 protsenti. Samast sulamist plaat ja leht kuuluvad ASTM B265 alla, mis rakendab sama tugevusega põrandat, vähendades samas paksuse, laiuse ja tasasuse mõõtmete tolerantse.

Spetsifikatsiooniraamistiku õige lugemine

Kaitsehange toimub kahe{0}}kihilise dokumendisüsteemi alusel. Ühiskonna spetsifikatsioonid määratlevad materjali enda: ASTM B265 lehtede, ribade ja plaatide jaoks, ASTM B338 torude jaoks, ASTM B348 vardade ja toorikute jaoks, ASTM B381 sepiste jaoks ja ASTM B363 liitmike ja nende WPT sepistatud tähiste jaoks. Seejärel lisavad lennundusmaterjalide spetsifikatsioonid keemia- ja tõmbenõuetele lisaks protsessi juhtimise. AMS 4911 reguleerib lõõmutatud Ti-6Al-4V lehte, ribasid ja plaate, AMS 4928 katab samast sulamist vardaid, traati ja sepiseid ning AMS 4975 reguleerib peaaegu alfa Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo toodet.

Praktiline tagajärg on see, et ostutellimusel tuleb nimetada mõlemad dokumendid. Plaat, mis vastab ASTM B265 keemianõuetele, võib siiski AMS 4911 alusel tagasi lükata ultrahelikontrolli klassi, pinna alfajuhtumipiirangute või kuumtöötluspartii kontrolli tõttu. Ostjad, kes tsiteerivad ainult ühte viidet, saavad regulaarselt materjale, mida kliendi kvaliteediosakond ei saa välja anda.

Kui valmis toode on survepiir, saab ASME BPVC VIII jaotisest 1. osa juhtivaks ehituseeskirjaks ning ASME SB-265 ja SB-348 nimetused peegeldavad nende ASTM-i vasteid. Jaotis II osa D esitab seina paksuse arvutamisel kasutatavad lubatud pinge väärtused ja need väärtused langevad kiiresti üle 300 C.

Tootmismarsruudid ja probleem osta{0}}lennata{1}}

Titaani kuluprofiilis domineerib pigem muundamine kui tooraine. Sepistatud ja töödeldud lennukiraami liitmik algab tavaliselt sepisest, mille mass on kuus kuni kümme korda suurem kui valmis detaili mass, ja agressiivsete programmide puhul on ajalooliselt aktsepteeritud suhted üle 20:1 tugevalt taskustatud geomeetria korral. Iga kilogramm töötluslaastu esindab sulatamiseks, sepistamiseks ja kuumtöötlemiseks juba kulutatud energiat.

Metallilisandite tootmine ründab seda suhet otseselt. Laserpulberkihi liitmine ja suunatud energiasadestamine loovad 5. või 23. klassi pulbrist peaaegu -võrgukujuliste kujundite ja võivad viia ostu-/-lennu suhte alla 3:1 sulgudes, kanalites ja mootorikomponentides. Kaubandus seisneb selles, et pulberkihi osad vajavad sisemise poorsuse sulgemiseks kuumisostaatilist pressimist ning valmismaterjalile kehtivad endiselt samad AMS-i ja ASTM-i aktsepteerimiskriteeriumid ning hapniku ja lämmastiku pulbri keemilised piirangud, mis on rangemad kui sepistatud toodete puhul.

Tavapärased marsruudid jäävad oluliseks. Varras ja toorik tarnitakse ASTM B348 järgi lõõmutatud või lahusega -töödeldud ja vanandatud olekus, toru ASTM B338 või ASTM B861 järgi õmblusteta torude jaoks ja leht ASTM B265 järgi paksusega kuni 0,3 mm kuumade konstruktsioonide ja termovarjestuse jaoks.

Ülevaatus, jälgitavus ja dokumentatsioonipakett

Kaitsematerjali ostetakse sama palju paberimajanduse kui kinnistute pealt. Tüüpiline vabastamispakett sisaldab veski katsearuannet kuumuse arvu ja täieliku keemilise analüüsiga, tõmbe- ja saagise tulemusi koos registreeritud katsemeetodiga, ultraheli- või radiograafilist kontrolli vastavalt kohaldatavale AMS-klassile, terade struktuuri ja mikrostruktuuri hindamist, kui see on ette nähtud, kõvaduse traversi sepistel ja mõõtmete tunnistust vastavalt joonisele. Materjal tarnitakse tavaliselt EN 10204 tüübi 3.1 tingimustele täieliku jälgitavusega valuplokist kuni valmis detailini.

Ostmisel väärivad tähelepanu kaks rikkerežiimi. Esimene on alfakas, kõva hapnikuga{1}}rikastatud pinnakiht, mis moodustub kuumtöötlemisel või õhus kuumtöötlemisel; see on rabe, praguneb väsimuse all ja tuleb enne lõplikku töötlemist keemilise freesimisega eemaldada. Teine on vesiniku kogumine-, mistõttu ASTM-i spetsifikatsioonid piiravad vesinikusisaldust enamiku klasside puhul 0,015% ja mitme tootevormi puhul 0,0125%. Visuaalsel vaatlusel ei leia kumbagi defekti, seega tuleb ülevaatusplaan pigem tellimusesse sisse kirjutada kui eeldada.

Korduma kippuvad küsimused

Q:Milline titaanklass on kaitsekonstruktsioonikomponendi vaikevalik?
V: Klass 5, Ti-6Al-4V, tarnitakse vastavalt ASTM B265 plaatidele ja lehtedele, ASTM B348 vardale ja toorikule ning AMS 4911 või AMS 4928, kus on nõutav lennundusprotsesside juhtimine. See pakub parimat võimalikku tasakaalu tugevuse, sitkuse, keevitatavuse ja tarneahela sügavuse vahel.

Q:Mis on titaani maksimaalne kasutustemperatuur kaitserakendustes?
V: 5. klassi puhul on praktiline pikaajaline{1}}piir umbes 400 C, millest kõrgemal roome ja oksüdatsioon kiirenevad. Peaaegu -alfa-sulamid, nagu Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo AMS 4975 kohta, pikendavad seda ülemmäära, kuid ASME BPVC II jaotises D osas avaldatud lubatud pingeväärtused langevad järsult üle 300 C mis tahes titaaniklassi puhul.

Q:Kas titaani saab põllul keevitada?
V: Jah, kuid ainult inertgaasiga varjestusega, mis katab keevisvanni, tagumise randi ja vuugi tagakülje. Titaan neelab hapnikku ja lämmastikku temperatuuril üle 400 °C ning moodustab rabeda alfa-korpuse, nii et ilma puhastuskambrita avatud õhuga keevitus- tekitab liitekohad, mis läbivad painde- ja radiograafilise testimise.

Q:Kuidas lisandite tootmine muudab titaani hankimist?
V: See vähendab sepistatud ja töödeldud detailide ostu--le{1}}vahekorda vahemikus 6:1 kuni 20:1 alla 3:1 ning võimaldab sisemisi jahutuskanaleid, mida ei saa töödelda. Samuti annab see vastutuse materjali omaduste eest pulbri tarnijale ja ehitusprotsessile, nii et pulbri keemia, osakeste suuruse jaotus ja kuumisostaatpressimise andmed muutuvad vastuvõtupaketi osaks.

Q:Milliseid vesiniku ja hapniku piirnorme peaks ostja veski sertifikaadilt kontrollima?
V: ASTM B348 5. klassi puhul on piirnormid 0,015% maksimaalne vesinik ja 0,20% maksimaalne hapnik. 23. klassi ELI pinguldab hapnikku 0,13 protsendini ja vesinikku 0,0125 protsendini. Spetsifikatsioonist suurem hapnik suurendab tugevust, kuid hävitab elastsuse ja purunemiskindluse.

Q:Miks on soomuste jaoks ette nähtud titaan, mitte teras?
V: Titaansoomus pakub oluliselt paremat tugevuse-ja-massi suhet ning pindalatiheduse ühiku kohta ületab see valtsitud homogeenset soomust plahvatuse ja kildude eest, mis on oluline õhu- ja dessantplatvormidel, kus iga kilogramm mõjutab kasulikku koormust. Trahv on palju suurem kulu ruutmeetri kohta.