Legure titana u obrambenoj tehnologiji: Odabir stupnja, AMS i ASTM specifikacije

Zašto su legure titana određene za-kritični obrambeni hardver

Titanium se nalazi u uskom, ali odlučujućem krugu obrambenog inženjerstva. Otprilike je 40 posto lakši od čelika uz usporedivu čvrstoću, zadržava upotrebljiva mehanička svojstva od kriogenih temperatura do oko 400 C za radnu leguru Grade 5 i obnavlja svoj pasivni oksidni film odmah nakon grebanja, tako da mu morski zrak-koji sadrži klorid i slani sprej ne čine ništa. Za programsko uredsko trgovanje korisnim opterećenjem u odnosu na domet i servisni interval, ta tri svojstva pretvaraju se izravno u ušteđene kilograme i manje inspekcija na razini-skladišta.

Nedostatak je trošak. Vakuum-otopljen titanijski ingot ostaje nekoliko puta skuplji po kilogramu od konstrukcijskog čelika ili aluminija, a troškovi pretvorbe su lošiji jer metal provodi toplinu pri samo oko 6,7 W/mK, otprilike jednu sedminu ugljičnog čelika, i -agresivno stvrdnjava. To je razlog zašto se titan primjenjuje selektivno: spojnice, spojnice, hidrauličke vodove, vruće dijelove motora, stajni trap, ispušne strukture, oklopnu ploču i hardver za ubojna sredstva, a ne kompletne konstrukcije zrakoplova.

Koje se legure zapravo koriste i gdje

Četiri obitelji legura pokrivaju većinu zahtjeva obrane. Komercijalno čisti stupnjevi od 1 do 4 podnose koroziju i laganu strukturu. Grade 5, Ti-6Al-4V alpha-beta legura, je-konstrukcijski radni konj opće namjene. Blizu alfa legure kao što je Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo biraju se tamo gdje su otpornost na puzanje i čvrstoća na povišenoj temperaturi važni. Metastabilne beta legure nude najdublju očvrsljivost i najčvršću sposobnost oblikovanja za složene limene dijelove.

Ocjena 5 je osnova prema kojoj se ocjenjuje sve ostalo, a njezini su zahtjevi dobro dokumentirani. ASTM B348 postavlja minimalnu vlačnu čvrstoću od 895 MPa, što je ekvivalentno 130 ksi, i minimalnu granicu pomaka od 0,2 posto od 828 MPa, ili 120 ksi, za šipku i gredicu u žarenom stanju, s minimalnim istezanjem od 10 posto. Ploča i lim od iste legure potpadaju pod ASTM B265, koji primjenjuje istu podlogu čvrstoće uz pooštravanje dimenzijskih tolerancija na debljinu, širinu i ravnost.

Ispravno čitanje specifikacijskog okvira

Nabava za obranu odvija se na dvo-sustavu dokumenata. Specifikacije društva definiraju sam materijal: ASTM B265 za lim, traku i ploču, ASTM B338 za cijev, ASTM B348 za šipku i gredicu, ASTM B381 za otkivke i ASTM B363 za spojnice i njihove WPT kovane oznake. Specifikacije materijala za zrakoplovstvo zatim dodaju kontrolu procesa povrh kemijskih i vlačnih zahtjeva. AMS 4911 odnosi se na Ti-6Al-4V lim, traku i ploču u žarenom stanju, AMS 4928 pokriva šipke, žicu i otkivke od iste legure, a AMS 4975 odnosi se na gotovo alfa Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo proizvod.

Praktična posljedica je da narudžbenica mora navesti oba dokumenta. Ploča koja zadovoljava ASTM B265 kemiju još uvijek može biti odbijena prema AMS 4911 zbog klase ultrazvučne inspekcije, alfa ograničenja na površini ili kontrole serije topli-tretiranja. Kupci koji citiraju samo jednu referencu redovito dobivaju materijal koji odjel za kvalitetu kupca ne može izdati.

Tamo gdje je gotova stavka granica tlaka, ASME BPVC odjeljak VIII odjeljak 1 postaje mjerodavni građevinski kodeks, a oznake ASME SB-265 i SB-348 odražavaju svoje ASTM pandane. Odjeljak II Dio D daje dopuštene vrijednosti naprezanja koje se koriste za izračun debljine stijenke, a te vrijednosti brzo opadaju iznad 300 C.

Proizvodne rute i problem Buy-to-Fly

Profilom troškova Titaniuma dominira konverzija, a ne sirovina. Kovani i strojno obrađeni okvir zrakoplova obično počinje kao kovanje koje je šest do deset puta veće od mase gotovog dijela, a agresivni programi imaju povijesno prihvaćene omjere iznad 20:1 na geometriji s velikim džepovima. Svaki kilogram strugotine od strojne obrade predstavlja energiju već utrošenu na topljenje, kovanje i toplinsku obradu.

Proizvodnja metalnih aditiva izravno napada taj omjer. Fuzija sloja laserskog praha i usmjerena depozicija energije grade gotovo{1}}neto oblike od praha razreda 5 ili razreda 23 i mogu smanjiti omjer kupnje-na-letenje ispod 3:1 na nosačima, kanalima i komponentama motora. Trgovina je takva da je za dijelove sloja praha potrebno vruće izostatičko prešanje kako bi se zatvorila unutarnja poroznost, a isti kriteriji prihvatljivosti AMS i ASTM još uvijek vrijede za gotov materijal, zajedno s ograničenjima kemije praha za kisik i dušik koja su stroža od onih za kovane proizvode.

Konvencionalni putovi ostaju bitni. Šipka i gredica isporučuju se prema ASTM B348 u žarenom ili otopinom-tretiranom i ostarjelom stanju, cijev prema ASTM B338 ili ASTM B861 za bešavne cijevi, a lim prema ASTM B265 u debljinama do 0,3 mm za vruće strukture i toplinsku zaštitu.

Inspekcija, sljedivost i paket dokumentacije

Materijal za obranu kupuje se koliko na papire toliko i na nekretnine. Tipični paket za puštanje u promet uključuje izvješće o ispitivanju mlina s toplinskim brojem i potpunom kemijskom analizom, rezultatima rastezanja i popuštanja sa zabilježenom metodom ispitivanja, ultrazvučnim ili radiografskim pregledom prema primjenjivoj AMS klasi, procjenom strukture zrna i mikrostrukture gdje je navedeno, pomicanjem tvrdoće na otkovcima i certifikacijom dimenzija prema crtežu. Materijal se obično isporučuje u skladu s EN 10204 tip 3.1 uz potpunu sljedivost od ingota do gotovog dijela.

Dva načina kvara zaslužuju pozornost pri kupnji. Prvi je alfa slučaj, tvrdi površinski sloj-obogaćen kisikom nastao tijekom vruće obrade ili toplinske obrade na zraku; krt je, puca pod zamorom i mora se ukloniti kemijskim mljevenjem prije završne strojne obrade. Drugi je skup-vodika, zbog čega ASTM specifikacije ograničavaju vodik na 0,015 posto za većinu stupnjeva i 0,0125 posto za nekoliko oblika proizvoda. Nijedan nedostatak ne može se pronaći vizualnim pregledom, tako da se plan pregleda mora napisati u narudžbi, a ne pretpostavljati.

Često postavljana pitanja

Q:Koji je stupanj titana zadani izbor za obrambenu strukturnu komponentu?
O: Grade 5, Ti-6Al-4V, isporučuje se prema ASTM B265 za ploče i limove, ASTM B348 za šipke i gredice i AMS 4911 ili AMS 4928 gdje je potrebna kontrola procesa u zrakoplovstvu. Nudi najbolju dostupnu ravnotežu čvrstoće, žilavosti, zavarljivosti i dubine opskrbnog lanca.

Q:Koja je maksimalna radna temperatura za titan u obrambenoj primjeni?
O: Za stupanj 5 praktična dugoročna-granica je oko 400 C, iznad koje se puzanje i oksidacija ubrzavaju. Skoro -alfa legure kao što je Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo prema AMS 4975 proširuju tu gornju granicu, ali dopuštene vrijednosti naprezanja objavljene u ASME BPVC odjeljak II dio D naglo padaju iznad 300 C za bilo koju vrstu titana.

Q:Može li se titan zavarivati ​​na terenu?
O: Da, ali samo sa zaštitom od inertnog plina koja prekriva bazen za zavarivanje, stražnji rub i stražnju stranu spoja. Titanij apsorbira kisik i dušik iznad približno 400 C i stvara krti alfa kućište, tako da zavarivanje otvorenim-zrakom bez komore za pročišćavanje proizvodi spojeve koji ne prolaze ispitivanje savijanja i radiografsko ispitivanje.

Q:Kako aditivna proizvodnja mijenja nabavu titana?
O: Smanjuje omjer kupnje-na-proizvodnju s raspona od 6:1 do 20:1 koji je tipičan za kovane i strojno obrađene dijelove na ispod 3:1 i omogućuje unutarnje kanale za hlađenje koji se ne mogu strojno obraditi. Također prenosi odgovornost za svojstva materijala na dobavljača praha i proces izrade, tako da kemija praha, raspodjela veličine čestica i zapisi o vrućem izostatičkom prešanju postaju dio paketa prihvaćanja.

Q:Koje granice vodika i kisika kupac treba provjeriti na potvrdi mlina?
O: Za stupanj 5 prema ASTM B348 ograničenja su 0,015 posto maksimalnog vodika i 0,20 posto maksimalnog kisika. Stupanj 23 ELI sužava kisik na 0,13 posto, a vodik na 0,0125 posto. Kisik iznad specifikacije povećava čvrstoću, ali uništava duktilnost i otpornost na lom.

Q:Zašto je titan određen za oklop, a ne čelik?
O: Titanski oklop nudi značajno bolji omjer-na-težinu, a po jedinici površinske gustoće može nadmašiti valjani homogeni oklop protiv prijetnji eksplozijom i fragmentima, što je važno za zračne i amfibijske platforme gdje svaki kilogram utječe na nosivost. Kazna je puno veći trošak po četvornom metru.