TC4 در مقابل آلیاژ تیتانیوم TC4ELI: کنترل بینابینی، ویژگی ها و معادل های درجه
Nov 26, 2024
TC4 نام چینی آلفا{1}}آلیاژ تیتانیوم بتا است که بیشتر به عنوان Ti-6Al-4V شناخته می شود، ترکیبی که برای اولین بار در ایالات متحده در سال 1954 ساخته شد. در سیستم چینی، این آلیاژ در استاندارد ترکیب آلیاژ تیتانیوم GB/T 3620.1 تعریف شده است که محتوای آلومینیوم 6.5 تا 5.5 درصد و 5.5 درصد را ثابت می کند. 4.5 درصد، با آهن تا 0.30 درصد و اکسیژن در 0.20 درصد. معادل اسمی آلومینیوم 6.0 و وانادیوم معادل 4.0 است و در شرایط آنیل شده آلیاژ تقریباً 10 تا 15 درصد فاز بتا دارد.
TC4ELI نسخه-کم- بینابینی اضافی همان آلیاژ است. آلومینیوم و وانادیم در یک محدوده باقی می مانند، اما اکسیژن به حداکثر 0.13 درصد، آهن به 0.25 درصد و هیدروژن به 0.0125 درصد کاهش می یابد. معادل های بین المللی گرید 5 (UNS R56400) برای TC4 و درجه 23 (UNS R56407) برای TC4ELI هستند.
شیمی: جدول تفاوت کامل
جدول زیر با استفاده از محدودیت های اعمال شده در سیستم GB/T 3620.1 و محدودیت های ASTM برای درجات معادل، دو ترکیب را در کنار هم قرار می دهد. همه مقادیر حداکثر هستند به جز جایی که یک محدوده نشان داده شده است. تیتانیوم در هر دو مورد تعادل است.
| عنصر | TC4 / درجه 5 (R56400) | TC4ELI / درجه 23 (R56407) | اثر محدودیت محدودتر |
|---|---|---|---|
| آلومینیوم | 5.5 - 6.75 % | 5.5 - 6.75 % (5.5 - 6.5 % در گریدهای ایمپلنت) | تثبیت کننده آلفا، استحکام و استحکام گرم را افزایش می دهد |
| وانادیوم | 3.5 - 4.5 % | 3.5 - 4.5 % | تثبیت کننده بتا، انعطاف پذیری را بهبود می بخشد |
| اکسیژن | 0.20 % | 0.13 % | بزرگترین راننده مجرد زندگی سرسختی و خستگی |
| آهن | 0.30 % | 0.25 % | پایداری فاز بتا و چقرمگی را در هنگام بالا کاهش می دهد |
| نیتروژن | 0.05 % | 0.03 % | تقویت کننده قوی، جوش ها را شکننده می کند |
| کربن | 0.08 % | 0.08 % | برای جوش پذیری کنترل می شود |
| هیدروژن | 0.015 % | 0.0125 % | تشکیل هیدرید و ترک خوردگی تاخیری را محدود می کند |
آنچه که شکاف بینابینی با خواص انجام می دهد
کاهش اکسیژن از 0.20 تا 0.13 درصد حدود 35 تا 40 مگاپاسکال برای استحکام کششی هزینه دارد و بازده جبران 0.2 درصد را به میزان مشابهی کاهش می دهد، از حداقل 828 مگاپاسکال به حداقل 795 مگاپاسکال در شرایط میله آنیل شده. ازدیاد طول کششی در حداقل 10 درصد باقی می‌ماند، اما کاهش سطح به حداقل 25 درصد بهبود می‌یابد، و افزایش معنی‌دارتر در چقرمگی شکست است که معمولاً 15 تا 25 درصد افزایش می‌یابد. نرخ رشد ترک خستگی کاهش می یابد و حد خستگی در شرایط بریدگی بهبود می یابد. برای یک ایمپلنت، یک رگ تحت فشار یا یک قطعه آهنگری که بارگذاری چرخه ای را می بیند، این تجارت تقریباً همیشه ارزش ساختن دارد. برای یک براکت، یک اتصال دهنده یا یک قطعه ماشینکاری شده عمومی که عمدتاً در کشش ساکن بارگذاری شده است، معمولاً اینطور نیست.
پردازش پذیری نیز تغییر می کند. هر دو آلیاژ در یک محدوده دمایی فورج می شوند و به یک محلول و چرخه سنی مشابه پاسخ می دهند، اما TC4ELI پنجره باریک تری برای آهنگری بتا دارد، زیرا محتوای اکسیژن پایین تر تحمل آلودگی سطح را کاهش می دهد. جوشکاری در هر دو به یک اندازه عملی است، دوباره با این نکته که جوش آلوده در مواد ELI تمام مزیت چقرمگی را هدر می دهد.
مشخصات و فرم های محصول
میله های فرفورژه و آهنگری موجود در TC4 بر اساس مشخصات میله آلیاژ تیتانیوم سفارش داده شده است، با محصولات میله چینی تحت پوشش GB/T 2965 و معادل بین المللی تحت پوشش ASTM B348 و AMS 4928. ورق، نوار و صفحه از GB/T 3621 در سیستم چینی و ASTM با درجه بین المللی Aero، B26، مطابق با درجه بین المللی AMS است. 4911. لوله و لوله از مشخصات لوله ای جداگانه استفاده می کنند. برای TC4ELI، کاربردهای پزشکی و ایمپلنت توسط ASTM F136 برای Ti-6Al-4V ELI فرفورژه و ISO 5832-3 کنترل می شود، و درجه ELI هوافضا به عنوان AMS 4930 صادر می شود. توجه داشته باشید که ASTM F1472 پوشش دهنده های معمولی بینابینی آلیاژهای FASTM، در حالی که آلیاژهای بینابینی FASTM،36، surg،36 را پوشش می دهد. بنابراین این دو سند در یک سفارش خرید قابل تعویض نیستند.
چگونه بدون ابهام مشخص کنیم
در سفارش خرید باید نام آلیاژ، فرم محصول، مشخصات قابل اجرا و کلاس بینابینی ذکر شود. نوشتن Ti-6Al-4V بدون بیان اینکه آیا محدودیت‌های ELI اعمال می‌شوند، آسیاب را برای عرضه آزاد می‌گذارد، و ماده حاصل ممکن است آزمایش کشش را پشت سر بگذارد در حالی که نیاز چقرمگی طراحی شده را برآورده نمی‌کند. در گواهی، خریدار باید اکسیژن، آهن، هیدروژن و شرایط عملیات حرارتی را بررسی کند. در جایی که هر دو مشخصات چینی و بین‌المللی نامزد شده‌اند، محدودیت اکسیژن حوزه‌ای است که اغلب دو سند با هم مخالف هستند و سخت‌تر از این دو باید بر نظم حاکم باشد.
سوالات متداول
Q:آیا TC4 و درجه 5 کاملاً یکسان هستند؟
A: آنها از نظر ترکیبی برای اهداف عملی معادل هستند، هر دو Ti-6Al-4V با اکسیژن در 0.20 درصد هستند. تفاوت‌های جزئی در محدوده‌های مجاز برای عناصر ولگرد و در برنامه آزمایشی که هر یک از مشخصات مورد نیاز است وجود دارد، بنابراین معادل‌سازی باید فیلد به میدان تأیید شود نه اینکه فرض شود.
Q:آیا می توان TC4ELI را جایگزین TC4 در طراحی موجود کرد؟
پاسخ: معمولاً در جهت اکسیژن کمتر ایمن است، زیرا استحکام در بیشتر موارد بالاتر از حداقل طراحی باقی می ماند و چقرمگی بهبود می یابد. جایگزینی معکوس خطرناک است، زیرا طرحی که چقرمگی ELI را فرض می‌کند می‌تواند در صورت عرضه مواد بینابینی معمولی شکست بخورد.
Q:چرا نسخه ایمپلنت آلیاژ، آلومینیوم و همچنین اکسیژن را سفت می کند؟
A: مشخصات ایمپلنت آلومینیوم را تا حداکثر 6.5 درصد محدود می کند و وانادیوم را در محدوده استاندارد نگه می دارد تا سازگاری زیستی و پاسخ مکانیکی ثابت را حفظ کند. ASTM F136 این محدودیت‌های سخت‌تر را برای آلیاژ{3} درجه ایمپلنت اعمال می‌کند.
Q:آیا دستگاه TC4ELI با TC4 متفاوت است؟
A: رفتار برش به طور کلی مشابه است زیرا سختی و هدایت حرارتی نزدیک هستند، اما محتوای بینابینی کمتر به معنای براق شدن کمتر لبه ابزار و یکپارچگی سطح کمی بهتر در همان پارامترها است. اگر یک لایه سطحی آلوده یا بیش از حد گرم شده در جای خود باقی بماند، هرگونه مزیتی از بین می رود.
Q:کدام آلیاژ باید برای مخزن فشار برودتی انتخاب شود؟
پاسخ: مواد ELI معمولاً در دمای بسیار پایین ترجیح داده می شوند زیرا چقرمگی خاصیت حاکم است و محتوای بینابینی مستقیماً آن را کنترل می کند. آلیاژ بینابینی معمولی در جایی که سطوح تنش پایین است و دمای طراحی بسیار بالاتر از محدوده نگرانی شکل پذیر-تا-شکننده برای بخش است، قابل قبول باقی می‌ماند.
Q:آیا تفاوت قدرت تسلیم در طراحی قابل توجه است؟
پاسخ: حداقل بازده آفست 0.2 درصد از 828 مگاپاسکال به 795 مگاپاسکال در هنگام انتقال به درجه ELI کاهش می یابد که حدود 4 درصد کاهش می یابد. مجاز طراحی از حداقل تعیین می شود، بنابراین کاهش باید در تجزیه و تحلیل تنش منعکس شود نه به عنوان ناچیز تلقی شود.
