مُصنِّع مكونات عجلة التوربين المصبوبة بدقة من Ti-6Al-4V ELI (الصنف 23)

التكنولوجيا الأساسية: الصب الدقيق لـ Ti-6Al-4V ELI

نستخدم صب الشمع المفقود بالتفريغ لتصنيع مكونات Ti-6Al-4V ELI. يتم صهر السبيكة عند ~1650 درجة مئوية وصبها في قوالب قشرة خزفية من 8-10 طبقات تحت تفريغ (<10⁻³ تور). يساعد تسخين القالب المسبق عند ~1000 درجة مئوية ومعدلات تبريد تتراوح بين 30-70 درجة مئوية/دقيقة في تحقيق بنيات مجهرية ألفا+بيتا دقيقة (حجم الحبيبات 0.5-2 مم)، خالية من طبقة ألفا والعيوب الداخلية.

خصائص مادة Ti-6Al-4V ELI (الصنف 23)

Ti-6Al-4V ELI (الصنف 23) هو سبيكة تيتانيوم ثنائية الطور بمستويات مخفضة من الأكسجين والنيتروجين والحديد، مما يؤدي إلى تحسين الليونة ومقاومة الكسر. إنها مثالية للمكونات الدوارة عالية التحميل والحساسة للإجهاد. تشمل الخصائص الرئيسية:

يضمن محتواه المنخفض من الشوائب البينية أداءً مستقرًا في التطبيقات الحرجة الدوارة وعالية الاهتزاز.

دراسة حالة: إنتاج عجلة توربين من Ti-6Al-4V ELI

خلفية المشروع

تطلب مُدمج نظام دفع عجلات توربين خفيفة الوزن ومقاومة للإجهاد لمحرك طائرة بدون طيار على ارتفاعات عالية. تم اختيار Ti-6Al-4V ELI للتعامل مع أحمال RPM المستمرة والدورات الحرارية. قام فريقنا بتسليم عجلات مصبوبة بالتفريغ مع معالجة HIP وتشغيل دقيق، مستوفية تمامًا لمعايير AMS 4930 و ISO 9001.

تطبيقات عجلة التوربين النموذجية

• عجلات توربين وحدة الطاقة المساعدة (APU): مسبوكات مصممة لأداء عالي السرعة مع تحمل ممتاز للإجهاد الحراري في وحدات APU الطيران المدمجة.

• عجلات المحرك الأساسي للطائرات بدون طيار (UAV): دوارات خفيفة الوزن توفر موثوقية الدفع وقصور ذاتي منخفض على ارتفاعات تزيد عن 60,000 قدم.

• دوارات توربين محرك التوربين العمودي: مكونات مصبوبة بدقة تضمن استقرار الاهتزاز وعمر إجهاد طويل تحت تغييرات سريعة في الخانق.

• وحدات الدفع النفاث التجريبية: عجلات Ti-6Al-4V ELI المستخدمة في أنظمة البحث والتطوير التي تتطلب تفاوتات ضيقة، ومقاومة للتآكل، وبقاء تحت الإجهاد.

تتطلب هذه التطبيقات توازنًا استثنائيًا بين القوة والوزن والأداء الحراري لتشغيل التوربين بأمان وكفاءة.

حلول التصنيع لمكونات عجلة التوربين

عملية الصب يتم تشكيل مجموعات الشمع بملامح توربين ديناميكية هوائية واستثمارها في قوالب قشرة خزفية. تزيل عملية الصهر والصب بالتفريغ عند ~1650 درجة مئوية خطر الأكسدة. يعزز التصلب المتحكم به مورفولوجيا حبيبية موحدة وسلامة الشكل الصافي.

المعالجة اللاحقة الضغط المتساوي الساخن (HIP) عند 920 درجة مئوية و 100 ميجا باسكال يزيل الفراغات الداخلية ويكثف الهيكل. يتم تطبيق المعالجة الحرارية بالتقادم لتحسين توازن طور ألفا+بيتا والخصائص الميكانيكية.

التشغيل اللاحق يضمن التشغيل الآلي CNC الدقيق الامتثال للتفاوتات في ثقوب العمود، وأطراف الريش، ومحيطات الدوار. يستخدم EDM لإنهاء الميزات الضيقة، بينما يتيح الحفر العميق للثقوب الوصول لقنوات التبريد أو واجهات أدوات التثبيت.

معالجة السطح تشمل معالجات السطح الاختيارية الأكسدة الأنودية للحماية من الأكسدة والرص بالكرات لتعزيز أداء الإجهاد تحت الحمل الدوري.

الاختبار والتفتيش يتم اختبار المكونات باستخدام التصوير الشعاعي بالأشعة السينية، و تفتيش الأبعاد CMM، و اختبار الخصائص الميكانيكية، و التحليل المعدني المجهري لتأكيد بنية الحبيبات، وتوزيع الطور، وملاءمة الإجهاد.

التحديات الأساسية في التصنيع

• منع تكوين طبقة ألفا والتشوه أثناء صب الدوارات عالية السرعة الرفيعة.

• الحفاظ على التوازن، والاستدارة، وتفاوتات ±0.05 مم في عجلات التوربين كبيرة القطر.

• توفير متانة إجهاد وكسر متسقة عبر دفعات الإنتاج.

النتائج والتحقق

• تم التحقق من دقة الأبعاد ضمن ±0.05 مم عن طريق المسح ثلاثي الأبعاد CMM.

• تم تأكيد المسامية <1% بعد HIP من خلال الأشعة السينية والفحص المعدني المجهري.

• تم التحقق من متانة الكسر ≥75 ميجا باسكال·√م وقوة الإجهاد ~600 ميجا باسكال عن طريق اختبار نمو شق الإجهاد.

• صفر أكسدة سطحية أو عدم استقرار طوري بعد اختبار إجهاد حراري 1000 دورة عند 400 درجة مئوية.

الأسئلة الشائعة

1. لماذا يُفضل Ti-6Al-4V ELI لصب عجلة التوربين عالية السرعة؟

2. كيف يتم الحفاظ على دقة الأبعاد في دوارات التيتانيوم المصبوبة بدقة؟

3. ما هي خطوات المعالجة الحرارية المستخدمة لتعزيز استقرار الطور في الصنف 23؟

4. هل يمكن تشغيل عجلات التوربين وموازنتها وفقًا لمواصفات المحرك المخصصة؟

5. ما هي شهادات الجودة المستخدمة لضمان الامتثال الحرج للطيران؟