أنابيب التيتانيوم Gr9 (Ti-3Al-2.5V) للأنظمة الهيدروليكية الفضائية

ما هو التيتانيوم Gr9

Gr9، مكتوب أيضًا من الدرجة 9 وموحد باسم UNS R56320، هو سبيكة تيتانيوم Ti-3Al-2.5V. إنه يقع بين التيتانيوم النقي تجاريًا والعمود الفقري Ti-6Al-4V في عائلة الدرجة: سبائك كافية للوصول إلى قوة شد تبلغ 620 ميجا باسكال تقريبًا في الحالة الملدنة، ولكنها لا تزال قابلة للطرق والتشكيل على البارد بما يكفي لإنتاجها كأنابيب رقيقة ملحومة وغير ملحومة. تبلغ درجة نقل بيتا حوالي 935 درجة، وهي منخفضة مقارنة بـ Ti-6Al-4V وتجعل معالجة السبيكة سهلة نسبيًا.

يتم تحديد المادة في معايير منتجات الأنابيب مثل ASTM B338 للأنابيب الملحومة وغير الملحومة، وفي الشريط المقابل ومعايير الحدادة للمخزون المستخدم في صنع التركيبات. تضيف مواصفات أنابيب الفضاء الجوي متطلبات لحجم الحبوب وتشطيب السطح والاختبارات غير المدمرة والنظافة.

الكيمياء والخواص الميكانيكية

بالمقارنة مع أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي النموذجي، تكون السبيكة أخف بنسبة 40% تقريبًا لنفس التجويف والجدار، ويتم الاحتفاظ بقوتها إلى حد أكبر بكثير عند درجة حرارة مرتفعة. توفر إضافة الألومنيوم تقوية المحلول الصلب-وترفع معدل نقل بيتا مقارنة بالتيتانيوم النقي؛ تعمل إضافة الفاناديوم على استقرار المرحلة التجريبية وتحسين قابلية التشغيل الساخنة.

لماذا تستخدم الأنظمة الهيدروليكية الفضائية أنابيب Gr9؟

وزن.تعمل الخطوط الهيدروليكية على طول هيكل الطائرة. يؤدي استبدال الأنبوب المقاوم للصدأ بـ Gr9 إلى توفير الكتلة في كل خط، ونظرًا لتعدد خطوط السوائل الهيدروليكية، يتراكم التوفير عبر الطائرة.

القدرة على الضغط.تعمل الأنظمة الهيدروليكية الفضائية عند ضغوط اسمية عالية، وتسمح قوة الجدار الرفيعة-لأنابيب Ti-3Al-2.5V بجدار أصغر لمتطلبات انفجار معينة مقارنة بالأنبوب المقاوم للصدأ المشابه.

الاهتزاز والتعب.يفرض اهتزاز المحرك وهيكل الطائرة انحناءًا دوريًا على الخطوط والتجهيزات؛ تتمتع السبيكة بمقاومة جيدة للتعب في حالة التلدين، خاصة عندما يتم وضع الانحناءات والمشابك والدعامات بشكل صحيح.

مقاومة التآكل.يقاوم فيلم الأكسيد السلبي السوائل الهيدروليكية، والرطوبة، ورذاذ الملح ومعظم عوامل التنظيف، مما يؤدي إلى تجنب مشاكل التنقر والإجهاد-والتآكل التي تؤثر على الفولاذ عالي القوة-في البيئات البحرية.

نطاق درجة الحرارة.تعمل السبيكة بشكل موثوق من خلال الخدمة المبردة التي يتم مواجهتها حول أنظمة الوقود والخاملة حتى درجات حرارة النظام الهيدروليكي، دون -الانتقال الهش للفولاذ الحديدي.

ممارسة التحجيم والانحناء والتركيب

يتم تحديد أحجام أنابيب الفضاء الجوي على أنها القطر الخارجي مع سماكة الجدار، في كل من السلسلة البوصة والمترية. تتضمن ممارسة المتجر النموذجية ما يلي:

يتم الاحتفاظ بنصف قطر الانحناء عند الحد الأدنى الذي تسمح به المواصفات للقطر والجدار المستخدم؛ تتطلب أنصاف الأقطار الأكثر إحكامًا الانحناء بدعم داخلي، مثل الشياق أو الحشو القابل للانصهار، لمنع الشكل البيضاوي وترقق الجدار على الجزء الخارجي من الانحناء.

يعد الانحناء البارد أمرًا طبيعيًا بالنسبة لأنبوب-الرفيع الجدار Gr9. يعتبر Springback مهمًا ويتم تعويضه في الأدوات بدلاً من الانحناء الزائد على-الطائرة.

يتبع الإعداد النهائي نظام التركيب المستخدم. تفرض كل من التركيبات عديمة التوهج والتركيبات المتوهجة متطلباتها الخاصة على تربيع القطع وإزالة الأزيز وحالة الجدار، وعادةً ما يتم فحص أطراف الأنبوب قبل التجميع.

يتم ضبط مسافة التثبيت بحيث لا تهتز الخطوط ضد الهيكل. يتم تجنب الاتصال بين أنبوب التيتانيوم ومشبك معدني مختلف حيث يكون الضرر الجلفاني أو المزعج ممكنًا.

يتم التعامل مع الأنابيب وتخزينها بأغطية نهائية. يعتبر التيتانيوم حساسًا للقطع-في حالة التعب، كما أن الخدش على القطر الخارجي لخط الجدار-الرفيع يعد بمثابة زيادة في الضغط.

اللحام والمعالجة الحرارية

يتم لحام أنبوب Gr9 عن طريق لحام قوس التنغستن الغازي مع درع الأرجون عالي النقاء-، وبالنسبة للمفاصل الفضائية الهامة، يتم إجراء اللحام في غرفة مغلقة أو باستخدام دروع خلفية بحيث تظل الوصلة مشرقة وغير مؤكسدة. حتى تغير لون السطح الخفيف يشير إلى التقاط الأكسجين والنيتروجين وهو أمر مرفوض عادة. غالبًا ما يتم لحام خطوط الجدار الرقيقة-بشكل ذاتي، بدون حشو، على وصلة تناكبية مربعة؛ تستخدم الأقسام الأكثر سمكًا حشوة التيتانيوم المطابقة.

بعد التشكيل واللحام، يتم تنظيف الأجزاء وتخليلها حيثما يسمح بذلك لإزالة التلوث، ومعالجتها بالحرارة في فراغ أو جو خامل. يتم تنفيذ تخفيف الإجهاد عادةً في منطقة 540 - 650 درجة، أقل بكثير من نقل بيتا، بحيث يتم الحفاظ على بنية ألفا + بيتا الدقيقة التي ينتجها تصنيع الأنابيب. أي معالجة حرارية فوق الناقل من شأنها أن تجعل الهيكل خشنًا وتقلل من الليونة.

المفاهيم الخاطئة الشائعة وحدود الاختيار

لا يعد Gr9 بديلاً عن Ti-6Al-4V حيث يتطلب الأمر قوة ثابتة عالية. بالنسبة للتركيبات الهيكلية والأقواس، تظل درجة القوة الأعلى هي الاختيار الطبيعي.

أنبوب Gr9 غير قابل للتبديل مع لوح أو شريط Gr9 لأغراض التصميم. يتم تحديد الخصائص في نموذج المنتج ومعيار المنتج المطبق، وتختلف تفاوتات الأنابيب ومتطلبات الاختبار عن تلك الخاصة باللوحة أو القضيب.

الخدمة طويلة الأمد-في الهواء عند درجة حرارة عالية تكون محدودة بسبب امتصاص الأكسجين ونمو القشور؛ لا ينبغي استخدام السبيكة خارج نطاق درجة الحرارة المؤهلة للتطبيق.

العمل البارد الذي يتم إجراؤه أثناء الانحناء يزيد من القوة المحلية ويقلل الليونة المحلية. عندما يتم بعد ذلك تخفيف الضغط على جزء ما لأسباب التآكل أو التعب، يجب أن تكون معالجة التنفيس متوافقة مع درجة حرارة الأنبوب المحددة.

التعليمات

س: ما هو التيتانيوم Gr9؟
Gr9 هو Ti-3Al-2.5V، UNS R56320، وهو عبارة عن سبيكة تيتانيوم ألفا + بيتا مع قوة شد لا تقل عن 620 ميجا باسكال تقريبًا في الحالة الصلبة، وتستخدم على نطاق واسع للأنابيب الهيدروليكية الفضائية.

س: ما الفرق بين التيتانيوم Gr9 والتيتانيوم من الدرجة الثانية؟
الدرجة 2 عبارة عن تيتانيوم نقي تجاريًا ذو قوة أقل ولكن قابلية التشكيل واللحام أفضل. إن Gr9 مصنوع من خليط معدني وأقوى بكثير، لذلك يتم استخدامه حيث يدفع الضغط الداخلي والوزن التصميم.

س: ما هو المعيار الذي يغطي أنابيب Gr9؟
يغطي ASTM B338 أنابيب سبائك التيتانيوم الملحومة وغير الملحومة، بما في ذلك الدرجة 9؛ تتم تغطية القضبان ومخزون الطرق للتجهيزات بمعايير منتجات التيتانيوم المقابلة، مع إضافة مواصفات الفضاء الجوي لمتطلبات الفحص والنظافة.

س: هل يمكن ثني أنبوب Gr9 باردًا؟
نعم، يتم ثني أنبوب Gr9-الرفيع على البارد بشكل روتيني. يتم استخدام الدعم الداخلي ونصف قطر الانحناء المتحكم فيه للحد من البيضاوية، ويتم تعويض الزنبرك الخلفي في الأدوات.

س: لماذا يجب أن تكون اللحامات Gr9 ساطعة؟
يشير اللون الموجود على لحام التيتانيوم إلى تلوث السطح بالأكسجين والنيتروجين، مما يؤدي إلى هشاشة المفصل. يعتبر اللحام الفضي اللامع والمنطقة المتأثرة بالحرارة-معيار القبول.

س: هل Gr9 مناسب لخدمة درجات الحرارة المرتفعة-؟
يتم استخدامه عبر نطاق واسع بما في ذلك الخدمة الهيدروليكية المبردة والدافئة، ولكن التعرض المستمر للهواء عند درجة حرارة عالية يكون محدودًا بسبب الأكسدة وانتشار الأكسجين في المعدن.