Сравнительный анализ характеристик титана 15333 и титана 6246
Титан 15333 (Ti-15-3-3-3 / TB5) — это метастабильный β-тип титанового сплава с плотностью приблизительно 4,76 г/см³ и температурой β-превращения приблизительно 760–795℃. Его наиболее примечательной характеристикой является то, что после закалки при температуре около 800℃ можно получить единую β-фазовую микроструктуру. Он очень мягкий при комнатной температуре (предел прочности на растяжение приблизительно 700–800 МПа, относительное удлинение более 20%), демонстрируя превосходные возможности холодной формовки при комнатной температуре. Его можно подвергать холодной прокатке, холодной гибке, вращением и глубокой вытяжке. После формовки сплав подвергается термической обработке при температуре 480–520℃ для осаждения α-фазы, что повышает его прочность до 1100–1300 МПа, обеспечивая принцип «сначала формовка, затем упрочнение». Он обладает относительно низким модулем упругости (приблизительно 82–90 ГПа), что делает его пригодным для изготовления сложных тонкостенных деталей, таких как обшивка самолетов, пружины, сотовые конструкции и высокопрочные крепежные элементы. Температура длительной эксплуатации, как правило, не должна превышать 300–350℃, поскольку его высокотемпературная прочность и сопротивление ползучести относительно низки. Свариваемость приемлема (электронно-лучевая сварка или аргонодуговая сварка), но для восстановления характеристик требуется термическая обработка и старение после сварки. Механическая обработка лучше всего выполняется в состоянии после термической обработки; в состоянии после старения сплав обладает высокой твердостью и трудно поддается обработке, требуя острых твердосплавных инструментов, низких скоростей резания, а также достаточного охлаждения под экстремальным давлением и смазки, аналогично другим титановым сплавам.
Титан 6246 (Ti-6-2-4-6 / TA19) — это высокотемпературный титановый сплав, близкий к α-типу (α+β), с плотностью приблизительно 4,64–4,65 г/см³ и относительно высокой температурой β-превращения (приблизительно 935–955℃). После двойного отжига или термической обработки и старения его предел прочности при комнатной температуре обычно составляет 1000–1200 МПа, предел текучести — 900–1050 МПа, а модуль упругости — приблизительно 110–114 ГПа. Его выдающимися преимуществами являются превосходная высокотемпературная прочность и сопротивление ползучести, что позволяет использовать его в течение длительного времени при 400–500℃ (кратковременно до 550℃). При температуре 500℃ его прочность на растяжение и сопротивление ползучести значительно превосходят показатели Ti-6Al-4V, что делает его широко используемым в горячекатаных несущих конструкциях, таких как диски компрессоров, лопатки и корпуса авиационных двигателей. Этот сплав не поддается холодной формовке и требует горячей формовки (обычно ковки в двухфазной области α+β или горячей штамповки). Диапазон термообработки узок и требует строгого контроля. Свариваемость, как правило, плохая, обычно используется электронно-лучевая сварка. Зона сварки склонна к размягчению и требует общей термообработки с последующей переформовкой. Обрабатываемость плохая, требует использования твердосплавных инструментов, низких скоростей резания (ток ≈ 30–50 м/мин), больших углов заточки, острых режущих кромок и достаточного охлаждения для предотвращения упрочнения и загрязнения, вызванного повышением температуры.
Обрабатываемость и формовочные характеристики: Главное преимущество Ti-15333 (TB5) при холодной формовке заключается в том, что в состоянии после термической обработки его можно подвергать холодной гибке, холодной прокатке, глубокой вытяжке и вращению при комнатной температуре со степенью холодной деформации 70-90% без растрескивания, аналогично низкоуглеродистой нержавеющей стали, что делает его пригодным для изготовления сложных деталей из листового металла. Горячая формовка при 700-800℃ позволяет осуществлять сверхпластическую формовку (СПФ), но необходимо учитывать укрупнение зерен вблизи температуры β-фазового превращения. Сварка: Электронно-лучевая сварка/ЭЛВ или TIG-сварка могут выполняться в состоянии после термической обработки; для восстановления характеристик упрочнение зоны сварки требует повторной термической обработки и старения; следует избегать сварки в состаренном состоянии (охрупчивание зоны термического воздействия). Механическая обработка: Как и другие титановые сплавы, это труднообрабатываемый материал (низкая теплопроводность, легкое упрочнение при обработке, залипание инструмента); Состояние после термической обработки легче поддается механической обработке, чем состояние после старения; рекомендуется использовать твердосплавные инструменты, скорость вращения ≈ 20-35 м/мин (токарное крепление), высокую скорость подачи и малую глубину резания для предотвращения упрочнения, а также достаточное эмульсионное охлаждение под высоким давлением. Холодная формовка Ti-6246 (TA19): его пластичность после отжига ограничена (δ ≈ 10%), что позволяет только простую гибку при комнатной температуре. Для сложных форм требуется горячая формовка (область α+β 760–850℃) или сверхпластичная формовка (815–900℃). Ковка начинается в области β (950–980℃), а прецизионная ковка — в двухфазной области (800–850℃). Его сопротивление деформации выше, чем у Ti-6Al-4V, благодаря содержанию 6% Mo. Сварка: свариваемость ограничена; рекомендуется электронно-лучевая сварка или лазерная сварка. Для восстановления свойств необходима термообработка после сварки. Аргонодуговая сварка склонна к образованию холодных трещин и, как правило, не рекомендуется. Механическая обработка: Типичный труднообрабатываемый титановый сплав; высокое содержание Mo вызывает износ инструмента, немного больший, чем у TC4. Рекомендуются пластины из YG/YW2 или твердосплавные пластины с покрытием. Скорость токарной обработки vc ≈ 25–40 м/мин. Угол заточки немного меньше, чем у обычных титановых сплавов, для защиты кромки. Сухая резка строго запрещена; необходимы достаточное охлаждение и удаление стружки.
Ti-15333 подходит для тонкостенных деталей, обрабатываемых при средних и низких температурах и требующих сложной холодной формовки и последующего упрочнения старением, обеспечивая гибкость обработки и хорошее снижение веса. Ti-6246 подходит для вращающихся/неподвижных компонентов двигателя, которые должны выдерживать температуры выше 400℃ и ползучие нагрузки; его высокотемпературные характеристики являются его основным конкурентным преимуществом. Ti-15333 не может использоваться для высокотемпературных деталей, несущих тепло, а Ti-6246 не подходит для сложной холодной гибки/глубокой вытяжки.