Tubs de titani Gr9 (Ti-3Al-2.5V) per a sistemes hidràulics aeroespacials

Què és el titani Gr9

Gr9, també escrit Grau 9 i estandarditzat com a UNS R56320, és l'aliatge de titani Ti-3Al-2,5 V. Es troba entre el titani comercialment pur i el cavall de batalla Ti-6Al-4V de la família de graus: prou aliat per assolir aproximadament 620 MPa de resistència a la tracció en estat recuit, però encara és prou dúctil i conformable en fred per produir-se com a tubs de paret prima sense soldadura i soldats. El seu beta transus és d'aproximadament 935 graus, que és baix en comparació amb Ti-6Al-4V i fa que l'aliatge sigui relativament fàcil de processar.

El material s'especifica a les normes de productes de tubs com ASTM B338 per a tubs soldats i sense soldadura, i a les normes de forja i barres corresponents per a l'estoc utilitzat per fer accessoris. Les especificacions de tubs aeroespacials afegeixen requisits per a la mida del gra, l'acabat superficial, les proves no destructives i la neteja.

Química i propietats mecàniques

En comparació amb un tub inoxidable austenític típic, l'aliatge és aproximadament un 40% més lleuger per al mateix forat i paret, i la seva resistència es manté en una mesura molt més gran a temperatura elevada. L'addició d'alumini proporciona un enfortiment de la-solució sòlida i augmenta el beta transus respecte al titani pur; l'addició de vanadi estabilitza la fase beta i millora la treballabilitat en calent.

Per què els sistemes hidràulics aeroespacials utilitzen tubs Gr9

Pes.Les línies hidràuliques recorren la longitud d'una cèl·lula. La substitució del tub inoxidable per Gr9 estalvia massa a cada línia i, com que les línies de fluid hidràulic són nombroses, l'estalvi s'acumula a l'avió.

Capacitat de pressió.Els sistemes hidràulics aeroespacials funcionen a pressions nominals elevades i la resistència de la paret fina-del tub de Ti-3Al-2,5 V permet una paret més petita per a un requisit d'explosió determinat que un tub inoxidable comparable.

Vibració i fatiga.La vibració del motor i de la cèl·lula imposa una flexió cíclica a les línies i els accessoris; l'aliatge té una bona resistència a la fatiga en estat de recuit, especialment quan els corbes, les pinces i els suports es col·loquen correctament.

Resistència a la corrosió.La pel·lícula d'òxid passiu resisteix el fluid hidràulic, la humitat, l'esprai de sal i la majoria dels agents de neteja, evitant els problemes de-corrosió per tensió i picades que afecten els acers-d'alta resistència en entorns marins.

Interval de temperatura.L'aliatge funciona de manera fiable des del servei criogènic que es troba al voltant dels sistemes de combustible i d'inert fins a les temperatures del sistema hidràulic, sense la transició dúctil-fràgil dels acers ferrítics.

Pràctica de dimensionament, plegat i instal·lació

Les mides dels tubs aeroespacials es comenten com a diàmetre exterior amb gruix de paret, tant en polzades com en sèrie mètrica. La pràctica típica de la botiga inclou:

El radi de corbat es manté al mínim que permet l'especificació pel diàmetre i la paret utilitzats; els radis més ajustats requereixen flexió amb suport intern, com un mandril o un farciment fusible, per evitar l'ovalitat i l'aprimament de la paret a l'exterior de la corba.

La flexió en fred és normal per al tub Gr9 de-paret fina. El retorn elàstic és important i es compensa a l'eina en lloc d'una-flexió excessiva a l'aeronau.

La preparació final segueix el sistema de muntatge en ús. Els accessoris sense flares i els accessoris acampanats imposen cadascun els seus propis requisits sobre l'esquerda del tall, el desbarbat i l'estat de la paret, i els extrems dels tubs normalment s'inspeccionen abans del muntatge.

L'espai de fixació s'estableix de manera que les línies no vibrin contra l'estructura. S'evita el contacte entre un tub de titani i una pinça metàl·lica diferent quan és possible danys galvànics o de fretting.

Els tubs es manipulen i s'emmagatzemen amb taps finals. El titani és sensible a la-osca a la fatiga, i una esgarrapada al diàmetre exterior d'una línia-de paret fina augmenta l'estrès.

Soldadura i tractament tèrmic

El tub Gr9 es solda mitjançant soldadura d'arc de tungstè de gas amb blindatge d'argó d'alta -puresa, i per a les juntes aeroespacials crítiques, la soldadura es realitza en una cambra tancada o amb escuts posteriors perquè la junta es mantingui brillant i no oxidada. Fins i tot la lleugera decoloració de la superfície indica captació d'oxigen i nitrogen i normalment es rebutja. Les línies de paret-fines solen soldar-se de forma autògena, sense farciment, en una unió a tope quadrada; les seccions més gruixudes utilitzen farciment de titani coincident.

Després de la conformació i la soldadura, les peces es netegen, es decapten quan es permet per eliminar la contaminació i es tracten tèrmicament al buit o atmosfera inert. L'alleujament de l'estrès normalment es realitza a la regió de 540 - 650 grau , molt per sota del transus beta, de manera que es conserva l'estructura fina alfa+beta produïda per la fabricació de tubs. Qualsevol tractament tèrmic per sobre del transus engrossiria l'estructura i reduiria la ductilitat.

Concepcions errònies habituals i límits de selecció

Gr9 no és un substitut de Ti-6Al-4V on es requereix una gran resistència estàtica. Per a accessoris estructurals i suports, el grau de major resistència segueix sent l'opció normal.

El tub Gr9 no és intercanviable amb la làmina o la barra Gr9 per a finalitats de disseny. Les propietats s'estableixen a la forma del producte i a l'estàndard de producte aplicable, i les toleràncies dels tubs i els requisits de prova difereixen dels de la placa o la barra.

El servei a llarg termini-a l'aire a alta temperatura està limitat per l'absorció d'oxigen i el creixement de l'escala; l'aliatge no s'ha d'utilitzar fora del rang de temperatures qualificat per a l'aplicació.

El treball en fred realitzat durant la flexió augmenta la resistència local i disminueix la ductilitat local. Quan una peça s'alleugi posteriorment la tensió per motius de corrosió o fatiga, el tractament d'alleujament ha de ser compatible amb el tremp del tub especificat.

Preguntes freqüents

P: Què és el titani Gr9?
Gr9 és Ti-3Al-2.5V, UNS R56320, un aliatge de titani alfa + beta amb una resistència a la tracció mínima d'aproximadament 620 MPa en condicions de recuit, molt utilitzat per a tubs hidràulics aeroespacials.

P: Quina diferència hi ha entre el titani Gr9 i el grau 2?
El grau 2 és titani comercialment pur amb una resistència més baixa però una millor conformabilitat i soldabilitat. Gr9 està aliat i significativament més fort, de manera que s'utilitza on la pressió interna i el pes impulsen el disseny.

P: Quina norma cobreix el tub Gr9?
ASTM B338 cobreix tubs d'aliatge de titani sense soldadura i soldadura, inclòs el grau 9; La barra i el material de forja per a accessoris estan coberts per les normes corresponents de productes de titani, amb les especificacions aeroespacials que afegeixen requisits d'inspecció i neteja.

P: El tub Gr9 es pot doblegar en fred?
Sí, el tub Gr9 de paret-prima es doblega habitualment en fred. El suport intern i un radi de flexió controlat s'utilitzen per limitar l'ovalitat, i el retorn elàstic es compensa a l'eina.

P: Per què les soldadures Gr9 han de ser brillants?
El color d'una soldadura de titani indica la contaminació de la superfície per oxigen i nitrogen, que fragilitza l'articulació. La soldadura brillant i platejada i la-zona afectada per la calor són el criteri d'acceptació.

P: Gr9 és adequat per a serveis d'-alta temperatura?
S'utilitza en una àmplia gamma que inclou el servei hidràulic criogènic i càlid, però l'exposició contínua a l'aire a alta temperatura està limitada per l'oxidació i la difusió d'oxigen al metall.