Titanlegeringssmiding er valgt for komponenter som skal kombinere høy styrke, lav tetthet, tretthetsmotstand og forutsigbar oppførsel i aggressive miljøer. Den smidde tilstanden har betydning fordi den produserer et tett smidt produkt med en kontrollert mikrostruktur, som er vanskelig å garantere i støpte eller additivt produserte deler med samme geometri. Bruksfeltene nedenfor viser også hvorfor legeringen aldri bør velges fra bruksnavnet alene.
Hvorfor smiing brukes til titankomponenter
Smiing foredler ingotstrukturen, lukker porøsiteten og justerer mikrostrukturen på en måte som kan verifiseres ved mekanisk testing fra delen eller fra en forlengelse. For komponenter utsatt for syklisk belastning er dette den avgjørende fordelen. Titanlegeringer reduserer også komponentmassen på et styrkenivå som kan sammenlignes med høy-styrkestål, mens deres passive oksidlag gir korrosjonsbestandighet uten beleggsystemene som stål krever i marin og kjemisk bruk. Avveiningen- er kostnad og prosessfølsomhet: titan har en sterk affinitet for oksygen og et smalt arbeidsområde, så smiing av temperaturvinduer, formens tilstand og atmosfærekontroll påvirker resultatet.
Luftfartsstrukturer og motorkomponenter
Luftfart er fortsatt det største applikasjonsfeltet. Flyskrogdeler inkluderer strukturelle beslag, setespor, landingsutstyrskomponenter, pylonfester og maskinert-av-smibraketter, som alle drar nytte av høy spesifikk styrke og god utmattingsytelse. I motorer brukes titansmiing til kompressorskiver, blader og blisker, aksler og foringsrør. Kompressorkomponenter i Ti-6Al-4V brukes vanligvis der driftstemperaturen holder seg under omtrent 350 grader; nesten titan og høytemperaturkvaliteter som Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo utvider bruksområdet mot 500 grader for de varmere stadiene.
Valg av legering etter servicekrav
| Legering | Felles betegnelse | Typisk bruk | Spesifikasjonsreferanse |
|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | Grad 5 | Flyskrogbeslag, motorskiver, generell strukturell | ASTM B381, minimum strekkfasthet 895 MPa, minimum flyte 828 MPa, forlengelse 10 % |
| Ti-6Al-4V ELI | 23. klasse | Medisinske implantater, kryogene og høy-integritetsdeler | ASTM B381 og ASTM F136, minimum strekkfasthet 860 MPa, minimumsutbytte 795 MPa, forlengelse 10 % |
| Ti-10V-2Fe-3Al | Beta-legering | Strukturell smiing av flyskrog med høy-styrke | AMS 4983 og AMS 4984, varmebehandlet til et høyt styrkenivå |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | Nær-alfalegering | Kompressorskiver og ringer for forhøyet temperatur | AMS 4975 og AMS 4976 |
Grad 23 er kjemisk lik grad 5, men har lavere oksygen- og jerngrenser, noe som forbedrer duktiliteten og bruddseigheten. Fordi forskjellen er en sammensetningsgrense snarere enn en behandlingsrute, må sertifikater kontrolleres nøye; et grad 5-heat kan ikke frigjøres mot et grad 23-krav.
Medisinske, marine og kjemiske applikasjoner
Medisinske applikasjoner bruker smidd titan for hofte- og knestammer, beinskruer, spinal hardware og tannkomponenter. Disse produktene krever strengere kontroll av kjemi, renslighet og sporbarhet enn generelt ingeniørarbeid, og krever vanligvis grad 23 eller kommersielt rene karakterer med dokumenterte mikrostrukturelle akseptkriterier. I marine tjenester utnytter titanaksler, festemidler, varmevekslerhus og undervannskomponenter motstanden til den passive oksidfilmen mot klorider. I kjemisk prosessering dekker smidd titan ventilhus, pumpekomponenter, rørdeler og reaktorinnvendige deler som håndterer oksiderende syrer og klorerte medier.
Prosesskontroll og kvalitetsverifisering
En smiingsspesifikasjon som ASTM B381 definerer kjemi, varmebehandlingstilstand, mekaniske egenskaper og tillatt overflatetilstand. Mill praksis legger til elementene som bestemmer om delen er akseptert: dysedesign for å unngå runder og underfylling, kontrollert forvarming til en temperatur relatert til beta-transusen, og seksjons-for-seksjonsverifisering av mekaniske egenskaper etter varmebehandling. For kritiske deler brukes ultralydinspeksjon for å oppdage interne diskontinuiteter, og makrostrukturell undersøkelse på et seksjonert vitnestykke bekrefter at smiingen har blitt bearbeidet gjennom hele tykkelsen i stedet for bare på overflaten. Makro-etch er en spesielt nyttig sjekk for tilstedeværelsen av resten som-støpt struktur, noe som indikerer utilstrekkelig deformasjon.
Ofte stilte spørsmål
Q:Hvilken titanlegering er mest brukt til smiing?
A: Ti-6Al-4V, betegnet Grade 5, er den mest brukte. Den tilbyr en balansert kombinasjon av styrke, seighet, sveisbarhet og tilgjengelighet, og dekkes av smiingsspesifikasjoner som ASTM B381.
Q:Hva er forskjellen mellom klasse 5 og grad 23 i en smiing?
A: Hovedforskjellen er kjemidisiplin. Grad 23 har lavere maksimalt oksygen og jern, noe som øker duktiliteten og seigheten. Minste strekkfasthet for klasse 23 er 860 MPa mot 895 MPa for grad 5, og den er foretrukket for medisinske og høy-integritetsapplikasjoner.
Q:Opp til hvilken temperatur kan Ti-6Al-4V smiing brukes?
A: Kontinuerlig service er generelt begrenset til ca. 350 grader for kompressor og strukturelle komponenter. Over dette området velges nær-alfa-legeringer som Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo fordi de beholder styrke og krypemotstand ved høyere temperatur.
Q:Hvorfor foretrekkes smiing fremfor støping for titandeler?
A: Smiing lukker indre porøsitet, foredler mikrostrukturen og gir mer konsistente utmattelsesegenskaper. Støpt titan kan oppfylle kravene til statisk styrke, men spredningen i tretthetsytelsen er større, noe som er uakseptabelt for høyt belastede roterende eller flygende-kritiske deler.
Q:Hvordan bekreftes smikvalitet før levering?
A: På vanlig basis av kjemianalyse, strekk- og, der det er nødvendig, slagtesting, pluss ultralydinspeksjon for intern soliditet og makrostrukturell undersøkelse av et seksjonert stykke for å bekrefte tilstrekkelig deformasjon gjennom seksjonen.
