TC4 vs TC4ELI titánötvözet: intersticiális vezérlés, tulajdonságok és minőségi egyenértékek
Nov 26, 2024
A TC4 az alfa-béta-titánötvözet kínai elnevezése, amely szélesebb körben Ti-6Al-4V néven ismert. Ezt az összetételt először az Egyesült Államokban fejlesztették ki 1954-ben. A kínai rendszerben az ötvözetet a GB/T 3620.1 titánötvözet-összetételi szabvány határozza meg, amely 65-35 százalékos alumíniumtartalmat és 5,5-5 százalékos vanádiumot rögzít. 4,5 százalék, a vas 0,30 százalék, az oxigén pedig 0,20 százalék. Az alumínium névleges egyenértéke 6,0, a vanádium egyenértéke 4,0, és izzított állapotban az ötvözet nagyjából 10-15 százalék béta fázist tartalmaz.
A TC4ELI ugyanennek az ötvözetnek az extra-alacsony-közbeiktatott változata. Az alumínium és a vanádium ugyanabban a tartományban marad, de az oxigént 0,13 százalékra, a vasat 0,25 százalékra, a hidrogént pedig 0,0125 százalékra csökkentjük. A nemzetközi megfelelői Grade 5 (UNS R56400) a TC4 és Grade 23 (UNS R56407) a TC4ELI esetében.
Kémia: A teljes különbségtáblázat
Az alábbi táblázat a két összetételt egymás mellett állítja be, a GB/T 3620.1 rendszerben alkalmazott határértékek és az egyenértékű minőségekre vonatkozó ASTM határértékek felhasználásával. Minden érték maximális, kivéve ahol egy tartomány látható. A titán az egyensúly mindkét esetben.
| Elem | TC4 / Grade 5 (R56400) | TC4ELI / Grade 23 (R56407) | A szigorúbb határ hatása |
|---|---|---|---|
| Alumínium | 5.5 - 6.75 % | 5.5 - 6.75 % (5.5 - 6.5 % az implantációs fokozatokban) | Alfa stabilizátor, növeli az erőt és a forró szilárdságot |
| Vanádium | 3.5 - 4.5 % | 3.5 - 4.5 % | Béta stabilizátor, javítja a rugalmasságot |
| Oxigén | 0.20 % | 0.13 % | A szívósság és a fáradtság legnagyobb hajtóereje |
| Vas | 0.30 % | 0.25 % | Csökkenti a béta fázis stabilitását és szívósságát, ha magas |
| Nitrogén | 0.05 % | 0.03 % | Erős erősítő, rideg a hegesztési varratok |
| Szén | 0.08 % | 0.08 % | A hegeszthetőség érdekében szabályozott |
| Hidrogén | 0.015 % | 0.0125 % | Korlátozza a hidridképződést és a késleltetett repedést |
Mit tesz a közbeiktatott rés a tulajdonságokkal
Az oxigén 0,20-ról 0,13 százalékra való csökkentése körülbelül 35-40 MPa szakítószilárdságba kerül, és a 0,2 százalékos offset hozamot hasonló mértékben csökkenti, 828 MPa-ról minimum 795 MPa-ra lágyított rúd állapotban. A szakítószilárdság 10 százalékos minimum marad, de a terület csökkenése minimum 25 százalékra javul, és a jelentősebb növekedés a törési szívósságban van, amely általában 15-25 százalékkal nő. A kifáradási repedések növekedési üteme csökken, és a kifáradási határ rovátkolt körülmények között javul. Egy implantátum, egy nyomás alatti edény vagy egy ciklikus terhelést mutató kovácsolt alkatrész esetében szinte mindig megéri ezt a kereskedést megtenni. Főleg statikus feszültséggel terhelt konzolnál, rögzítőelemnél vagy általánosan megmunkált alkatrésznél általában nem.
A feldolgozhatóság is megváltozik. Mindkét ötvözet ugyanabban a hőmérséklet-tartományban kovácsolódik, és ugyanarra az oldatkezelésre és öregségi ciklusra reagál, de a TC4ELI szűkebb ablakkal rendelkezik a béta-kovácsoláshoz, mivel az alacsonyabb oxigéntartalom csökkenti a felületi szennyeződések toleranciáját. A hegesztés mindkettőben egyformán praktikus, azzal a kitétellel, hogy az ELI anyagban lévő szennyezett hegesztés a szilárdsági előnyt elveszíti.
Specifikációk és termékformák
A TC4 kovácsolt rudat és kovácsolt készletet a titánötvözet rúd specifikációja szerint rendelik, a kínai rúdtermékeket a GB/T 2965 és a nemzetközi megfelelőjüket az ASTM B348 és az AMS 4928 lefedik. A lapok, szalagok és lemezek a GB/T 3621 szabványt követik a kínai rendszerben, és az ASTM B265 nemzetközi szinten, az AMS Tube1 és 4 minőségben pedig különálló csővel. cső alakú specifikációk. A TC4ELI esetében az orvosi és implantációs alkalmazásokra az ASTM F136 a kovácsolt Ti-6Al-4V ELI és az ISO 5832-3 szabvány vonatkozik, az űrrepülési ELI fokozat pedig AMS 4930 néven kerül kiadásra. Vegye figyelembe, hogy az ASTM F1472 a hagyományos intersticiális ötvözetet fedi le a sebészeti implantátumokon, míg az ASTM F1 két dokumentumot nem fedi le a sebészeti implantátumokon3, míg az ASTM F1 két dokumentumot nem fedi le3. beszerzési megrendelés.
Hogyan határozzuk meg kétértelműség nélkül
A beszerzési megrendelésnek tartalmaznia kell az ötvözet megnevezését, a termék formáját, a vonatkozó specifikációt és a közbeiktatott osztályt. A Ti-6Al-4V írása anélkül, hogy megadná, hogy az ELI-határértékek érvényesek-e, a maró szabadon marad az ellátásban, és a kapott anyag átmegy a szakítószilárdsági vizsgálaton, miközben nem teljesíti a konstrukció által feltételezett szívóssági követelményt. A tanúsítványon a vevőnek ellenőriznie kell az oxigén, a vas, a hidrogén és a hőkezelés állapotát. Ahol kínai és nemzetközi specifikációt is jelöltek, az oxigénhatár az a mező, ahol a két dokumentum leggyakrabban nem egyezik, és a kettő közül a szigorúbbnak kell irányadónak lennie.
Gyakran Ismételt Kérdések
Q:A TC4 és a Grade 5 teljesen azonos?
V: Gyakorlati szempontból összetételükben egyenértékűek, mindkettő Ti-6Al-4V, 0,20 százalékos oxigénkorláttal. Kisebb eltérések vannak a tramp elemek megengedett tartományaiban és az egyes specifikációk által megkövetelt tesztelési ütemezésben, ezért az egyenértékűséget mezőről mezőre kell megerősíteni, nem pedig feltételezni.
Q:Helyettesíthető a TC4ELI a TC4-re egy meglévő kivitelben?
V: Általában biztonságos az alacsonyabb oxigénszint irányában, mivel a szilárdság a legtöbb esetben a tervezett minimum felett marad, és a szívósság javul. A fordított helyettesítés a veszélyes, mert az ELI szívósságot feltételező kialakítás meghibásodhat, ha hagyományos intersticiális anyagot szállítanak.
Q:Miért feszesíti az ötvözet implantátum változata az alumíniumot és az oxigént is?
V: Az implantátum specifikációi legfeljebb 6,5 százalékra korlátozzák az alumíniumot, és a vanádiumot a szabványos tartományon belül tartják a következetes biokompatibilitás és mechanikai reakció fenntartása érdekében. Az ASTM F136 ezeket a szigorúbb határértékeket alkalmazza az implantátum{3}minőségű ötvözetre.
Q:A TC4ELI másképp működik, mint a TC4?
V: A vágási viselkedés nagyjából hasonló, mivel a keménység és a hővezető képesség közel áll egymáshoz, de az alacsonyabb intersticiális tartalom kevesebb szerszámél-csiszolást és valamivel jobb felületi integritást jelent ugyanazon paraméterek mellett. Minden előny elveszik, ha egy szennyezett vagy túlmelegedett felületi réteg a helyén marad.
Q:Milyen ötvözetet válasszunk kriogén nyomástartó edényhez?
V: Az ELI anyagot általában nagyon alacsony hőmérsékleten részesítik előnyben, mivel a szívósság az irányadó tulajdonság, és a közbeiktatott tartalom közvetlenül szabályozza azt. A hagyományos intersticiális ötvözet továbbra is elfogadható, ha a feszültségszintek alacsonyak, és a tervezési hőmérséklet jóval meghaladja a profil képlékeny -–-törékenységi tartományát.
Q:Jelentős-e a folyáshatár különbség a tervezésben?
V: A minimális 0,2 százalékos offset hozam 828 MPa-ról 795 MPa-ra csökken az ELI fokozatra való áttéréskor, ami körülbelül 4 százalékos csökkenést jelent. A tervezési megengedett értékek a minimumtól kezdődnek, ezért a csökkenést inkább tükrözni kell a stresszelemzésben, mint elhanyagolhatónak tekinteni.
