פרזול מסגסוגת טיטניום נבחרים עבור רכיבים שצריכים לשלב חוזק גבוה, צפיפות נמוכה, עמידות בפני עייפות והתנהגות צפויה בסביבות אגרסיביות. המצב המזויף חשוב מכיוון שהוא מייצר מוצר יצוק צפוף עם מבנה מיקרו מבוקר, שקשה להבטיח בחלקים יצוקים או מיוצרים בתוספת של אותה גיאומטריה. שדות היישום שלהלן מראים גם מדוע אסור לבחור את הסגסוגת מתוך שם היישום בלבד.
מדוע משתמשים בפריצות עבור רכיבי טיטניום
פרזול מעדן את מבנה המטיל, סוגר נקבוביות ומיישר את המיקרו-מבנה באופן שניתן לאמת על ידי בדיקה מכנית מהחלק או מהארכה. עבור רכיבים הכפופים לעומס מחזורי, זהו היתרון המכריע. סגסוגות טיטניום גם מפחיתות את מסת הרכיבים ברמת חוזק הדומה לפלדה בעלת חוזק- גבוה, בעוד שכבת התחמוצת הפסיבית שלהן מספקת עמידות בפני קורוזיה ללא מערכות הציפוי שהפלדה דורשת בשירות ימי וכימי. ההחלפה- היא עלות ורגישות לתהליך: לטיטניום יש זיקה חזקה לחמצן וטווח עבודה צר, כך שזיוף חלונות הטמפרטורה, מצב התבנית ושליטה באווירה כולם משפיעים על התוצאה.
מבני תעופה וחלל ורכיבי מנוע
תעופה וחלל נותרה תחום היישומים הגדול ביותר. חלקי שלדת אוויר כוללים אביזרי מבנה, מסלולי מושבים, רכיבי גלגלי נחיתה, חיבורי עמודים ומעוצבים-מתושבתי פרזול-, כולם נהנים מחוזק ספציפי גבוה וביצועי עייפות טובים. במנועים, פרזול טיטניום משמשים לדסקיות מדחס, להבים ולבליקים, פירים ומארזים. רכיבי מדחס ב-Ti-6Al-4V מיושמים בדרך כלל כאשר טמפרטורת השירות נשארת מתחת ל-350 מעלות בערך; דרגות כמעט טיטניום וטמפרטורות גבוהות כגון Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo מרחיבות את הטווח השמיש לכיוון 500 מעלות עבור השלבים החמים יותר.
בחירת סגסוגת לפי דרישת שירות
| סַגסוֹגֶת | ייעוד נפוץ | יישום אופייני | התייחסות למפרט |
|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | כיתה ה' | אביזרי שלדות אוויר, דיסקים מנוע, מבני כללי | ASTM B381, חוזק מתיחה מינימלי 895 MPa, מינימום תפוקה 828 MPa, התארכות 10% |
| Ti-6Al-4V ELI | כיתה 23 | שתלים רפואיים, חלקים קריוגניים ובעלי שלמות- גבוהה | ASTM B381 ו-ASTM F136, חוזק מתיחה מינימלי 860 MPa, תפוקה מינימלית 795 MPa, התארכות 10% |
| Ti-10V-2Fe-3Al | סגסוגת בטא | פרזול מבניים של שלדת אוויר-גבוהה | AMS 4983 ו-AMS 4984, מטופלים בחום לרמת חוזק גבוהה |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | ליד-סגסוגת אלפא | דיסקים וטבעות מדחס לטמפרטורה מוגברת | AMS 4975 ו-AMS 4976 |
דרגה 23 דומה מבחינה כימית לדרגה 5 אך יש לה גבולות חמצן וברזל נמוכים יותר, מה שמשפר את המשיכות ואת קשיחות השבר. מכיוון שההבדל הוא מגבלת הרכב ולא מסלול עיבוד, יש לבדוק היטב את האישורים; לא ניתן לשחרר חום בדרגה 5 כנגד דרישה לדרגה 23.
יישומים רפואיים, ימיים וכימיים
יישומים רפואיים משתמשים בטיטניום מזויף עבור גבעולים של ירכיים וברכיים, ברגי עצם, חומרת עמוד השדרה ורכיבי שיניים. מוצרים אלה דורשים שליטה הדוקה יותר בכימיה, ניקיון ועקיבות מאשר עבודה הנדסית כללית, ובדרך כלל דורשים דרגות 23 או ציונים טהורים מסחרית עם קריטריוני קבלה מיקרו-מבנה מתועדים. בשירות ימי, פירי טיטניום, מחברים, בתי מחליפי חום ורכיבים תת-מימיים מנצלים את העמידות של סרט התחמוצת הפסיבי בפני כלורידים. בעיבוד כימי, טיטניום מזויף מכסה גופי שסתומים, רכיבי משאבה, אביזרי צנרת וחלקים פנימיים של הכור המטפלים בחומצות מחמצנות וחומרי כלור.
בקרת תהליכים ואימות איכות
מפרט פרזול כגון ASTM B381 מגדיר כימיה, מצב טיפול בחום, תכונות מכניות ומצב פני השטח המותר. תרגול הטחנה מוסיף את האלמנטים שקובעים אם החלק מתקבל: עיצוב תבנית כדי למנוע הקפות ומילוי חסר, חימום מבוקר לטמפרטורה הקשורה לטרנסוס בטא ואימות -לאחר-מקטע של תכונות מכניות לאחר טיפול בחום. עבור חלקים קריטיים, בדיקה קולית משמשת לאיתור אי-רציפות פנימיים, ובדיקה מאקרו-סטרוקטורלית על חלק עד חתוך מאשרת שהפרזול בוצע לאורך כל עוביו ולא רק על פני השטח. Macro-etch הוא בדיקה שימושית במיוחד לנוכחות השריד כמבנה-יצוק, מה שמעיד על דפורמציה לא מספקת.
שאלות נפוצות
Q:איזו סגסוגת טיטניום נמצאת בשימוש הנפוץ ביותר עבור פרזול?
ת: Ti-6Al-4V, המיועד לדרגה 5, הוא הנפוץ ביותר. הוא מציע שילוב מאוזן של חוזק, קשיחות, יכולת ריתוך וזמינות, והוא מכוסה על ידי מפרטי חישול כגון ASTM B381.
Q:מה ההבדל בין כיתה ה' לכיתה 23 בפרזול?
ת: ההבדל העיקרי הוא משמעת כימיה. לדרגה 23 יש חמצן וברזל מקסימלי נמוך יותר, מה שמעלה את המשיכות והקשיחות. חוזק מתיחה מינימלי עבור דרגה 23 הוא 860 MPa מול 895 MPa עבור דרגה 5, והוא מועדף עבור יישומים רפואיים ו-גבוהים.
Q:עד איזו טמפרטורה ניתן להשתמש בפרזול Ti-6Al-4V?
ת: שירות רציף מוגבל בדרך כלל לכ-350 מעלות עבור מדחס ורכיבים מבניים. מעל לטווח זה, נבחרות סגסוגות קרובות ל-אלפא כגון Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo מכיוון שהן שומרות על חוזק ועמידות לזחילה בטמפרטורה גבוהה יותר.
Q:מדוע פרזול מועדף על פני יציקה לחלקי טיטניום?
ת: פרזול סוגר נקבוביות פנימית, מעדן את המבנה המיקרו ומייצר תכונות עייפות עקביות יותר. טיטניום יצוק יכול לעמוד בדרישות חוזק סטטי, אך הפיזור בביצועי העייפות הוא רחב יותר, דבר שאינו מקובל עבור חלקים סיבוביים או מעופפים- קריטיים טעונים מאוד.
Q:כיצד מאושרת איכות החישול לפני המסירה?
ת: על הבסיס הרגיל של ניתוח כימיה, בדיקות מתיחה, ובמידת הצורך, בדיקות השפעה, בתוספת בדיקה אולטרסאונד לתקינות פנימית ובדיקה מאקרו-מבנה של חלק חתוך כדי לאשר דפורמציה נאותה דרך החתך.
