Tæknilegar kröfur og staðlar sem vísað er til fyrir títan álplötur
1. Efnisflokkun og einkunnir
Títan álplötur eru í stórum dráttum flokkaðar í fjóra flokka á grundvelli örbyggingar þeirra og álblöndu. Alfa málmblöndur, eins og Ti-5Al-2.5Sn (6. stig), innihalda fyrst og fremst alfa-stöðugleikaefni eins og ál og tin. Þessar málmblöndur bjóða upp á framúrskarandi suðuhæfni og skriðþol við hærra hitastig, sem gerir þær hentugar fyrir flugskrokksbyggingar og frostefnanotkun. Nálægt-alfa málmblöndur, þar á meðal Ti-8Al-1Mo-1V (9. flokkur) og Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, innihalda lítið magn af beta-stöðugleika og viðhalda alfa-ráðandi uppbyggingu. Þeir veita aukinn háhitastöðugleika fyrir íhluti gastúrbínuvéla.
Alfa-beta málmblöndur tákna mest notaða flokkinn, þar sem Ti-6Al-4V (Gráður 5) er vinnuhestsblendi í geimferðum, læknisfræði og iðnaðargeirum. Þessi málmblöndu nær ákjósanlegu jafnvægi styrkleika, sveigjanleika og brotseigni í gegnum tvífasa örbyggingu sína. Extra lágt millivefsafbrigði, Ti-6Al-4V ELI (23. stig), takmarkar súrefnis-, járn- og vetnisinnihald til að auka skaðaþol fyrir mikilvæga notkun. Beta málmblöndur eins og Ti-10V-2Fe-3Al og Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn geta verið lausnsmeðhöndluð og öldruð til að ná hæsta styrkleikastigi meðal títan málmblöndur, með sérstökum kostum í mótunarhæfni fyrir hitameðferð.
2. Kröfur um efnasamsetningu
Efnasamsetning títan álplatna verður að vera vel stjórnað til að tryggja stöðuga vélræna eiginleika og tæringarþol. Fyrir Ti-6Al-4V (gráðu 5) er álinnihald á bilinu 5,50 til 6,75 prósent, en vanadíum á bilinu 3,50 til 4,50 prósent. Járn er takmarkað við 0,30 prósent að hámarki, súrefni við 0,20 prósent, kolefni við 0,08 prósent, köfnunarefni við 0,05 prósent og vetni við 0,015 prósent. Samanlagður allra afgangsþátta má ekki fara yfir 0,40 prósent.
Fyrir ELI-flokkinn er ál takmarkað við 5,50 til 6,50 prósent, járn við 0,25 prósent að hámarki, súrefni við 0,13 prósent og vetni við 0,0125 prósent. Þessi minnkuðu millivefsmagn bætir verulega brotseigu og sveigjanleika, sem er ástæðan fyrir því að þessi einkunn er skylda fyrir skurðaðgerðir og mikilvæga byggingarhluta í geimferðum. Ti-5Al-2,5Sn (gráða 6) leyfir ál á milli 4,00 og 6,00 prósent, tin á milli 2,00 og 3,00 prósent, með járni allt að 0,50 prósent og vetni allt að 0,020 prósent. Súrefnismörkin passa við staðlaða Ti-6Al-4V við 0,20 prósent.
3. Vélrænar eignarkröfur
Við stofuhita í lengdarstefnu verður Ti-6Al-4V platan að ná lágmarks endanlegum togstyrk upp á 895 MPa, lágmarks uppskeruþol við 0,2 prósent á móti 828 MPa, lágmarkslenging um 10 prósent og lágmarksminnkun á flatarmáli um 25 prósent. ELI afbrigðið heldur sömu lengingar- og minnkunarkröfum en með örlítið minni styrkleika: 860 MPa lágmark endanlegur togstyrkur og 795 MPa lágmarksþol. Ti-5Al-2.5Sn krefst 827 MPa lágmarks togstyrks, 759 MPa lágmarks uppskeruþols og samsvarandi sveigjanleikamælinga.
Fyrir háhitaþjónustu verður Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo platan að sýna lágmarks togstyrk upp á 620 MPa við 315 gráður á Celsíus, með skriðþol staðfest við 425 gráður á Celsíus. Brotseigja er mikilvæg færibreyta fyrir skemmdaþolna hönnun. Ti-6Al-4V ELI plata verður að ná planþynningarbrotseigu K_IC sem er að minnsta kosti 75 MPa kvaðratrót af metra, en Ti-5Al-2.5Sn krefst 55 MPa kvaðratrót af metra lágmarki. Charpy V-notch höggorkuþörf er 20 joule og 16 joule í sömu röð.
4. Víddarvikmörk og yfirborðsfrágangur
Þykktarþol er mismunandi eftir plötuþykkt. Fyrir plötur allt að 6,35 mm er staðlað vikmörk plús eða mínus 0,13 mm, með nákvæmni vikmörk hert í plús eða mínus 0,08 mm. Á milli 6,35 og 25,4 millimetrar verða staðlað vikmörk plús eða mínus 0,25 millimetrar, með nákvæmni við plús eða mínus 0,13 millimetra. Fyrir plötur sem eru stærri en 25,4 mm upp í 50,8 mm, er staðlað vikmörk plús eða mínus 0,38 mm og nákvæmni umburðarlyndi er plús eða mínus 0,25 mm.
Breiddarvikið er plús 6,35 mm án mínus við staðlaðar aðstæður, hert í plús 3,18 mm fyrir nákvæmni. Lengdarþol er plús 25 millimetrar staðalbúnaður, auk 13 millimetra nákvæmni. Flatleiki má ekki fara yfir 3,2 mm á metra samkvæmt stöðluðum kröfum, eða 1,6 mm á metra fyrir nákvæmni plötu. Edge camber er takmörkuð við 3,2 millimetra á 3 metra staðalbúnað og 1,6 millimetra á 3 metra nákvæmni.
Kröfur um yfirborðsáferð fer eftir vinnsluaðferð. Heitar-valsaðar plötur verða að ná yfirborðsgrófleika Ra sem er ekki meiri en 6,3 míkrómetrar. Kaldar-valsaðar eða efnafræðilega súrsaðar plötur krefjast þess að Ra sé ekki meira en 3,2 míkrómetrar. Nákvæmar-jarðplötur krefjast Ra sem er ekki meira en 1,6 míkrómetrar.
5. Málmvinnslukröfur
Örbygging alfa-beta títan álplötu í myllu-glæðu ástandi verður að samanstanda af jafnásuðum aðal alfa fasa sem er dreift innan umbreytts beta fylkis. Samfelldur kornmarka alfa fasi er ekki leyfður þar sem hann rýrir sveigjanleika og þreytuþol. Kornastærð verður að vera ASTM 5 eða fínni, þar sem dæmigerð framleiðsla nær ASTM 6 til 8. Fjarlægja verður alfatilfellið, það hörðu súrefnis-auðgað yfirborðslag sem myndast við há-hitavinnslu. Staðfesting krefst ör-hörkuprófunar sem sýnir enga hörku á yfirborðinu eða málmfræðilega athugun sem staðfestir að ekkert alfa-stöðugt lag sé eftir.
Beta-flekkar, sem eru staðbundin svæði auðgunar beta-stöðugleika, eru bönnuð í mikilvægum geimforritum. Þær eru greindar með makró-ætsskoðun með því að nota viðeigandi hvarfefni. Innihaldsinnihald er metið samkvæmt ASTM E45 aðferð A, með leyfilegu hámarksmagni A2, B2, C2 og D2 fyrir þunnt, þungt, silíkat og kúluoxíð innihaldsefni í sömu röð.
6. Ó-Eyðileggjandi prófunarkröfur
Ómskoðun er skylda fyrir allar plötur 6,35 mm og þykkari, framkvæmdar samkvæmt AMS-STD-2154 Class A viðmiðum. Engin vísbending umfram jafngildi 3,2 mm flatbotna gats er ásættanleg. Prófun litarefna gegnsýringar á við um alla fullbúna fleti samkvæmt ASTM E1417, án línulegra vísbendinga sem eru lengri en 3,2 millimetrar. Röntgenpróf eru frátekin fyrir soðin svæði eða viðgerðarsvæði samkvæmt ASTM E1742. Hringstraumsprófun getur komið í stað úthljóðsprófunar á þunnum plötum undir 6,35 millimetrum, samkvæmt ASTM E426 verklagsreglum með næmni sem ákveðin er með samkomulagi milli kaupanda og birgja.
7. Hitameðferðarskilyrði
Mill-glödd plata er unnin við 704 til 760 gráður á Celsíus og síðan loftkæling. Þetta ástand veitir jafnvægi eiginleika fyrir almenna notkun. Tvíhliða glæðing felur í sér lausn meðhöndlunar við 954 gráður á Celsíus með vatnsslökkvi, fylgt eftir með 538 gráður á Celsíus loftkælingu, sem bætir brotseigu fyrir skemmda-þolna hönnun. Lausnmeðhöndluð og öldruð plata nær hámarksstyrk með meðhöndlun við 927 gráður á Celsíus með vatnsslökkvi, síðan öldrun við 538 gráður á Celsíus í 4 til 8 klukkustundir. Beta-glæðing við 1010 gráður á Celsíus með loftkælingu, fylgt eftir með stöðugleika við 760 gráður á Celsíus, framleiðir umbreytta beta-örbyggingu sem er fínstillt fyrir skriðþol í flugvélanotkun. Álagslosun við 538 til 649 gráður á Celsíus fylgir vinnslu eða mótunaraðgerðum.
Öll hitameðhöndlun verður að fara fram í lofttæmi við 10 til mínus 3 millibar eða betri, eða í há-argon andrúmslofti. Öll alfahúð sem myndast við hitameðferð verður að vera alveg fjarlægð fyrir lokaskoðun.
8. Staðlar sem vísað er til
Aðalforskriftin fyrir títan álplötu er ASTM B265, sem nær yfir títan og títan ál ræmur, lak og plötu. Þessi staðall skilgreinir mörk efnasamsetningar, kröfur um vélræna eiginleika, víddarvikmörk og almenn gæðaákvæði. ASTM B348 fyrir stangir og stangir veitir viðbótartilvísanir í vélrænni prófun.
Fyrir vélrænni prófunaraðferðafræði stjórna ASTM E8 og E8M spennuprófun málmefna. Staðfesting á hörku fylgir ASTM E18 fyrir Rockwell hörku eða ASTM E10 fyrir Brinell hörku. Mat á innihaldi fyrir inntöku notar ASTM E45, aðlagað fyrir títan málmblöndur. Kornastærðarmæling fylgir ASTM E112. Ör-hörkuprófun samkvæmt ASTM E384 greinir leifar af alfafalli. Málmsýnisundirbúningur og æting fylgja ASTM E3 og ASTM E407 í sömu röð.
Ó-eyðandi prófunarstaðlar innihalda ASTM E1417 fyrir vökvapenetríuprófun, ASTM E1742 fyrir röntgenrannsókn og ASTM E426 fyrir rafsegulhringstraumsprófun á þunnum vörum. Leiðbeiningar um yfirborðsundirbúning og kalkhreinsun er að finna í ASTM B600.
Aerospace Material Specifications setja strangari kröfur fyrir flug-mikilvæg forrit. AMS 4907 nær yfir Ti-6Al-4V plötu í glæðu ástandi. AMS 4911 fjallar um lausnarmeðhöndlaða og aldraða Ti-6Al-4V plötu. AMS 4930 tilgreinir aukalega lága millivefs Ti-6Al-4V plötu. AMS 4940 gildir um Ti-5Al-2.5Sn plötu. AMS 4943 nær yfir Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn beta álplötu. AMS 4945 fjallar um Ti-8Al-1Mo-1V næstum alfa álplötu. Viðmiðanir fyrir samþykki ómskoðunar eru skilgreindar í AMS-STD-2154.
Eldri hernaðarforskriftir innihalda MIL-T-9046 fyrir títanplötu, ræmur og plötu, og MIL-T-9047 fyrir rimla og járnsmíðar. Umhverfisprófanir fylgja MIL-STD-810.
Alþjóðlegir staðlar eru meðal annars ISO 5832-3 fyrir ígræðslur úr unnum Ti-6Al-4V álfelgur og ISO 5832-10 fyrir Ti-5Al-2.5Fe álígræðslur. Breskir staðlar BS 2TA 2 og BS 2TA 11 ná yfir Ti-6Al-4V blað og plötu. Þýska DIN 17850 veitir tækniforskriftir fyrir unnu títan málmblöndur. Japanska JIS H4600 fjallar um blöð, plötur og ræmur. Kínverskur landsstaðall GB/T 3621 og herstaðallinn GJB 2505A eiga við um títan álplötu í flugi.
9. Umsókn-Sértækar kröfur
Flugvirkjaforrit krefjast mikillar-þreytugagna, tjónaþolsgreiningar og NDT-stigs samræmis samkvæmt AMS 4907, AMS 4911 og AMS-STD-2154. Íhlutir flugvéla krefjast hækkaðs hitastigs, sannprófunar á skriðþoli og hitastöðugleikaprófunar samkvæmt AMS 4945 og ASTM E139.
Læknisfræðilegar ígræðsluforrit krefjast prófunar á lífsamrýmanleika, þar með talið frumueiturhrifa- og næmingarprófanir, með ELI-gráðu efni skyldubundið samkvæmt ISO 5832-3, ASTM F136 og ASTM F1472. Efnavinnslubúnaður krefst staðfestingar á tæringarþoli í sérstökum vinnslumiðlum og sýnt fram á suðuhæfni samkvæmt ASTM B265, ASTM G28 og NACE MR0175 eða ISO 15156. Mannvirki í sjó og á sjó verða að standast sjótæringu og sýna fram á samhæfni við bakskautvarnarkerfi samkvæmt ASTM B265 og DNV{{1}. Kjarnorkuforrit stjórna þversniði nifteindagleypni, geislunarstöðugleika og snefilefnainnihaldi samkvæmt ASME ketils- og þrýstihylkiskóða II. hluta D.
10. Vottun og skjöl
Hverri framleiðslulotu verður að fylgja Mill prófunarskírteini sem skráir niðurstöður efnagreiningar, niðurstöður úr prófun á vélrænum eiginleikum, rekjanleika hitatölu og raunverulegar mældar stærðir. Þetta vottorð er skylda samkvæmt ASTM B265. Ó-eyðandi prófunarvottorð gefa frá sér niðurstöður úr hljóðhljóðum, skarpskyggni eða röntgenmyndatöku með hæfnisskrám rekstraraðila. Málmvinnsluskýrslur innihalda örmyndatökur, mælda kornastærð og innifalið einkunnir fyrir mikilvæg forrit. Hitameðferðarvottorð skjalfesta færibreytur hringrásar, gerð andrúmslofts og kvörðunarskrár hitaeininga. Fullar rekjanleikaskýrslur staðfesta uppruna efnis, bræðsluaðferðir og fullkomna vinnslusögu, sem er nauðsynlegt til að uppfylla reglur um loftrými og lækningatæki.
