Forgiate a barre in lega di titanio TC25

La lega di titanio TC25, nota come BT25 nel sistema di designazione russo, è una lega di titanio ad alta resistenza ad alta resistenza α+β progettata per hardware rotante che funziona per lunghi periodi a 450–550 °C (842–1022 °F) nei motori aeronautici e nelle turbine a gas.

Quello che forniamo è materiale solido in condizioni forgiate e laminate a caldo — barre e forgiate. Non titanio strutturale a uso generale, né polvere per la produzione additiva.

Henan Chalco fornisce TC25 bar in Ø16–500 mm (0,63–19,7 in) e forgiamenti isotermici con un'area prevista fino a 2 m² (21,5 ft²). Possiamo anche esaminare il tuo disegno e fornirlo.

TC25 vs Ti-6242 e IMI 834: dove si posiziona questa lega

Se scegli materiale per un disco o una lama che gira a circa 500 °C, Ti-6242 o IMI 834 probabilmente sono già nella tua lista ristretta.

TC25 dovrebbe essere nella stessa shortlist — non perché sia più economico, ma perché prende una strada diversa per il rafforzamento.

A prima vista:

• TC25 (BT25) — α+β, cuscinetti in tungsteno, per parti rotanti da 450–550 °C; mantiene sia resistenza a caldo che a temperatura ambiente
• Ti-6242 / Ti-6242S — quasi α, resistenza al flusso di velocità come punto di forza, servizio a lungo termine intorno ai 540 °C
• IMI 834 — quasi α, temperatura di servizio fino a circa 600 °C, prima resistenza a flusso scorrevole e ossidazione
• Ti-6Al-4V (Grado 5) — il tetto di lavoro a lungo termine di uso generale, intorno a 350–400 °C

La differenza tra α+β e quasi-α ricade, in pratica, nel percorso del rafforzamento.

Il TC25 ottiene la sua resistenza calda da circa l'1% di tungsteno — un eutectoide β-stabilizzatore — lavorando insieme al silicio, che pone la composizione sul lato α+β ad alta resistenza. Il Ti-6242 segue la via Sn-Zr-Mo soluzione solida più siliciuro, si trova più vicino al α e resiste al creep resistenza.

Quindi, sebbene i due gradi si sovrappongano sulla temperatura di servizio, tendono in direzioni diverse. Per un disco che deve contenere sia resistenza a temperatura ambiente che a temperatura elevata, il TC25 è solitamente il più facile di adattarsi; per una parte il cui design è guidato da una fluenza a lungo termine, il lato quasi α si adatta meglio.

Un punto va sottolineato subito: intervalli di temperatura sovrapposti non significa che i gradi siano intercambiabili. TC25 non è un sostituto immediato del Ti-6242. Il tipo di microstruttura, la risposta al trattamento termico e il comportamento di stabilità termica sono tutti diversi, quindi cambiare grado significa eseguire nuovamente la qualificazione con il proprio sistema di accettazione. Non è una formalità.

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Lega di titanio TC25 — dati del prodotto

Cosa inviare per un preventivo:

• Grado e condizioni
• Dimensioni e tolleranza, o un disegno
• Quantità e destinazione di consegna
• Condizioni della superficie richieste
• Documentazione necessaria (MTC, rapporto C-scan, ispezione da parte di terzi)
• Uso finale, utente finale e destinazione

L'ultimo elemento non è una casella da spuntare. Il TC25 si inserisce in parti rotanti a sezione calda, quindi prima di poter preparare una proposta di fornitura accurata dobbiamo confermare l'uso finale e la destinazione.

Inviare tutto questo in un colpo solito evita due o tre round di scambi.

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Forme, dimensioni e forgiature personalizzate

Dimensioni standard

• Bar: Ø16–500 mm (0,63–19,7 in)
• Forgiature isotermiche: superficie prevista fino a 2 m² (21,5 ft²)

Altri moduli citati alla specifica

dischi, anelli, billette, forgiature a matrici chiuse, forgiate quasi a forma netta, forme estruse, lastre.

Questi moduli sono coperti a livello di apparecchiature — le nostre linee di forgiatura rapida, forgiatura radiale, estrusione a caldo e pilura a freddo utilizzano tutte leghe di titanio e titanio. Ma per il TC25 in particolare, le dimensioni disponibili devono essere confermate rispetto alle tue esigenze prima di fare un preventivo.

Discohi in titanio TC25

Anelli in titanio TC25

Billetta in titanio TC25

Forgiature in titanio TC25

Forme estruse in titanio TC25

Piastra in titanio TC25

Forgiato sul tuo disegno

Falsificato sul tuo disegno.

Inviaci la stampa del pezzo. Esamineremo la busta di forgiatura, il flusso di grana realisticamente possibile e il margine di lavorazione da lasciare, e poi faremo un preventivo.

Se la geometria non si adatta alla forgiatura isotermica, lo diremo e proporremo una via di formatura migliore — invece di prendere prima l'ordine e poi analizzarlo.

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Composizione chimica e proprietà fisiche

Composizione nominale, wt%

I limiti di composizione sono concordati per ordine e i valori misurati sono riportati nel certificato di prova del mulino.

Se il tuo disegno richiede una banda più stretta su Sn, Si o elementi interstiziali come O, N e H rispetto all'intervallo standard, informaci durante la fase di inchiesta e confermeremo la fattibilità prima di fare il preventivo.

Proprietà fisiche

• Densità: ≈ 4,5 g/cm³ (tipico)
• β-transus: circa 1000–1020 °C (1832–1868 °F), variabile con il calore e la forma del prodotto

Sul β-transus, abbiamo misurato circa 1020 °C su barra forgiata da Ø250 mm con metodo metallografico, con valori della fase di lingotti che si collocano nell'intervallo 1000–10¹ºC (1000–10¹¹ °C). Questa temperatura è il punto di riferimento per ogni programma di lavoro a caldo e trattamento termico, e la produzione lavora secondo il valore misurato per ogni calore.

Due elementi nella tabella di composizione valgono una frase a sé, perché decidono cosa può e non può fare questa lega: W e Si.

W è da dove deriva la resistenza al caldo. Aggiungendo circa l'1% di questo stabilizzatore β-eutectoide si solleva notevolmente la resistenza al caldo e la stabilità termica nella fascia 500–550 °C, ed è la differenza composizionale più evidente tra TC25 e le leghe quasi α che condividono lo stesso intervallo di temperatura.

Il silicidio funziona in entrambe le direzioni. La precipitazione di silicidi fornisce un rafforzamento extra a temperature elevate, ma è anche una delle ragioni per cui la duttilità diminuisce dopo una lunga esposizione ad alta temperatura.

Proprietà meccaniche per forma di prodotto

Le proprietà TC25 sono fortemente legate alla forma del prodotto.

La posizione del campionamento, la storia della deformazione e il percorso di trattamento termico non sono gli stessi per un pezzo di prova a barra e per una forgiatura finita, quindi i numeri che ottieni non sono gli stessi set.

Barra, Ø250 mm

Limiti tipici di accettazione: temperatura ambiente Rm ≥ 980 MPa, A ≥ 10%, Z ≥ 20%; 500 °C Rm ≥ 735 MPa; 550 °C Rm ≥ 686 MPa; rottura da stress a 441 MPa ≥ 50 h a entrambe le temperature; Rm ≥ 980 MPa dopo un'esposizione alla stabilità termica di 550 °C; impatto ≥ 23,5 J.

Forgiature

Metti i due tavoli affiancati e una cosa mi riprende: a 441 MPa, la durata della rottura da stress è di circa 51 h sui pezzi di prova della barra e sopra 101 h su forgiatura a disco e sigillatura. Stessa qualità, il doppio della vita.

Questo non è un errore di dati e nessuno dei due set è materiale migliore. Il pezzo di prova a barra proviene da materiale rotabile, il pezzo di prova di forgiatura proviene da una posizione specificata sul pezzo finito, e i due hanno subito quantità completamente diverse di deformazione, modalità di deformazione diverse e storie termiche differenti.

Molti clienti hanno confrontato un MTC di materia prima con il rapporto di prova su un pezzo finito, hanno riscontrato che i numeri non coincidevano e hanno iniziato a mettere in discussione il lotto. Nella maggior parte dei casi quei due set non dovevano mai corrispondere. Farli corrispondere richiede la stessa posizione di campionamento e la stessa condizione — cosa che vale la pena scriverne nel protocollo tecnico piuttosto che discuterne durante l'ispezione.

Temperatura di servizio — e quanto tempo effettivamente si ha

La fascia di servizio a lungo termine per TC25 è 450–550 °C (842–1022 °F).

Più utili sono questi due numeri:

• 500 °C (932 °F): fino a 6.000 ore di servizio continuo
• 550 °C (1022 °F): fino a 3.000 ore di servizio continuo

Un limite di temperatura senza un tempo indicato non è un input di progetto.

La maggior parte delle altre pagine sulle leghe di titanio ad alta temperatura lascia una singola cifra di temperatura e si ferma lì — "temperatura massima di servizio 550 °C".

Solo con questo un cliente non può né impostare una vita né scegliere tra due categorie, perché non c'è modo di sapere se quei 550 °C significhino 100 ore o 3.000.

Ciò che determina davvero la scelta dei materiali è la combinazione di temperatura e tempo.

Rimettere TC25 nell'intero spettro delle temperature:

• Ti-6Al-4V: tetto operativo a lungo termine intorno ai 350–400 °C. A 500 °C la fluenza è già fuori controllo.
• TC25: 450–550 °C, con le ore sopra
• Leghe quasi α (Ti-6242, IMI 834, Ti-1100 e simili): fino a circa 540–600 °C, prima resistenza al flusso
• Superleghe a base di nichel: temperatura più alta, ma densità di circa 8,2 g/cm³ — quasi il doppio di quella del titanio

Quest'ultima linea merita una cura particolare sulla ferramenta rotante. Il carico principale su una parte rotante deriva dalla sua massa — disco più pesante, carico centrifugo maggiore e il margine di progettazione sul disco, il sistema dell'albero e i cuscinetti si stringono tutti insieme.

Quindi, nella fascia 450–550 °C, la differenza tra "il titanio va bene" e "deve essere a base di nichel" spesso non è il prezzo del materiale. Si tratta di riprogettare l'intero rotore.

Temperatura e tempo risolvono solo metà del problema. L'altra metà è ciò che il materiale ha lasciato dopo diverse migliaia di ore a 550 °C. Lo copriamo separatamente qui sotto.

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Come il materiale viene fuso, forgiato e ispezionato

Con il titanio per le parti rotanti dei motori aeronautici, la prima domanda che i clienti fanno raramente è la resistenza alla trazione. Si tratta di pulizia e qualità interna.

Ecco il percorso che questo materiale segue dalla fusione alla spedizione.

Percorso di fusione

Fusione a vuoto per induzione VIM / AIM → arco di plasma per fusione del focolare freddo, PAM e fascio di elettroni, fusione del focolare freddo EB → rifusione ad arco di vuoto multiplo VAR → rifusione con elettroslag pressurizzata PESR.

Il passo del focolare freddo è quello critico. Le inclusioni hard alpha e ad alta densità (HDI) sono quando inizia la catena di guasto sulle parti rotanti in titanio aerospaziale e, una volta raggiunta una regione ad alta tensione del disco, le conseguenze sono inaccettabili.

La fusione fredda a foci a fascio di plasma e fascio di elettroni esistono proprio per separare quella classe di difetto durante la fusione e, combinata con la fusione multipla ad arco di vuoto, aumentano insieme uniformità composizionale e pulizia interna. La maggior parte dei fornitori non menziona mai questo passaggio, ma ciò che decide conta più di qualsiasi singolo numero in una tabella.

Lavoro a caldo

Presse a forgiatura rapida, 20 / 40 / 60 MN

Macchina per forgiatura radiale, 13 MN

Pressa per forgiatura isotermica, 3.000 t

Pressa orizzontale a estrusione, 60 MN

La forgiatura isotermica per i dischi TC25 è importante. La formatura con matrice e billette alla pari temperatura e a basso tasso di deformazione consente una forma quasi netta, garantisce una microstruttura più uniforme e solleva contemporaneamente l'utilizzo del materiale.

Il margine di lavorazione rimosso dalle forgiature in lega di titanio è spesso sorprendente. Ciò che la forma quasi netta fa risparmiare è sia denaro che tempi di consegna.

Ispezione

La nostra capacità di ispezione copre l'intera catena, dalla materia prima al prodotto finito:

• Analisi chimica: ICP-MS, ICP-AES, GFAAS, XRF, analizzatori di carbonio e zolfo, determinatori di idrogeno, analizzatori di ossigeno e azoto
• Proprietà meccaniche: macchine a flusso fluo e rottura da sollecitazione, macchine per la prova della fatica, trazione, impatto, durezza, tenacità alla frattura, fatica a basso ciclo e ad alta frequenza
• Metallografia e microanalisi: metallografia ottica, microscopia elettronica a scansione, microanalisi a sonda elettronica, simulazione termomeccanica, analisi termica simultanea
• Test non distruttivi: ispezione ultrasonica a immersione, sistemi C-scan ultrasuoni multizona per barre di grande diametro, C-scan automatico a ultrasuoni per dischi e anelli, misurazione tridimensionale di forgiature e matrici

Il controllo di O, N e H determina direttamente la duttilità e la stabilità termica del titanio. Qualche centesimi di percentuale in più di questi elementi interstiziali e la duttilità residua dopo una lunga esposizione ad alte temperature è di un ordine di grandezza diverso. L'analisi degli elementi gassessi non è un test da spuntare qui — è la condizione preliminare per utilizzare questa gradazione a 550 °C.

La scansione C multizona determina la sensibilità al rilevamento dei difetti nelle forgiature a grande sezione. In parole semplici, determina ciò che si può vedere durante l'ispezione. L'interno di una barra di grande diametro e di dischi e anelli non può essere risolto così finemente con metodi di ispezione convenzionali, motivo per cui elenchiamo questa attrezzatura separatamente. La classe di accettazione ultrasonica può essere concordata secondo la vostra specifica.

Analisi degli elementi gassessi

C-scan multizona

Trattamento termico e controllo della microstruttura

Per la gamma generale di temperatura di lavoro a caldo del TC25 e i programmi standard soluzione più invecchiamento per barre e forgiature, adottiamo la pratica stabilita per la qualità e possiamo anche lavorare secondo un programma che specifichi.

Vale la pena notare quanto in modo decisivo il programma di trattamento termico governi il tipo di microstruttura. I nostri registri di produzione mostrano un modello coerente: la temperatura di annealing decide se TC25 esce con una microstruttura equiassata o una duplex (equias). Quando la temperatura di annealing si avvicina al transus, il α primario si dissolve parzialmente e appare α secondaria chiara nella matrice β trasformata, spostando la struttura da equiassiata a duplex — e la struttura duplex conferisce migliori proprietà di trazione sia a temperatura ambiente che a temperature elevate.

Per l'acquisto e l'ingegneria di processo questo significa qualcosa di molto pratico: il programma di trattamento termico non è un dettaglio di consegna, appartiene al protocollo tecnico. Sullo stesso pezzo di materiale, un programma diverso fa una notevole differenza sulla resistenza a caldo. Piuttosto che discutere su dati incoerenti all'ispezione, è meglio correggere la condizione e il percorso di trattamento termico al momento dell'ordine.

Dove TC25 non è la scelta giusta

Ogni grado ha posti in cui non dovrebbe essere usato. Eccone quattro, indicati subito.

La duttilità diminuisce dopo esposizioni prolungate ad alte temperature

Non è una speculazione, sono dati di test nostri. L'allungamento su barra di Ø250 mm è di circa il 13,5–14,5% a temperatura ambiente; dopo il test di stabilità termica a 550 °C, la resistenza alla trazione sale da 1.069 MPa a 1.076 MPa mentre l'allungamento scende a circa 7,5–8,5%. Resistenza aumentata, duttilità in diminuzione di circa la metà.

La ricerca pubblicata offre il meccanismo: dopo una lunga esposizione a 550 °C, TC25 sviluppa uno strato superficiale di ossido, precipitazione in fase α2 e silicidi al confine dei grani che agiscono insieme. Il movimento delle dislocazioni è ostacolato, aumentando la resistenza, mentre la localizzazione della deformazione genera una netta perdita di duttilità.

La differenza tra le forme dei prodotti è interessante. Nelle stesse condizioni di prova, l'allungamento sulle forgiature a disco e ad anello di sigillatura è essenzialmente piatta dalla temperatura ambiente alla condizione esposta (disco 12,0–15,0% → 12,5–15,0%), una diminuzione molto inferiore rispetto ai pezzi di prova a barra. Questo dipende dalle condizioni microstrutturali e dalla posizione di campionamento, ed è un ulteriore promemoria che i dati di una forma di prodotto non possono essere usati per prevedere un'altra.

Per il cliente si riduce a una frase: imposta il margine di vita sulla duttilità esposta, non sui dati forniti.

Non è un sostituto immediato per la Ti-6242

Detto prima, vale la pena ripeterlo. Bande di temperatura sovrapposte non significano sostituzione diretta. Cambiare la classifica richiede una riqualifica secondo il tuo sistema. Qualsiasi fornitore che ti dica che è una "sostituzione diretta" assume un rischio da parte tua che non può effettivamente sostenere.

Servizio continuo sopra i 550 °C — guarda qualcos'altro

Se il duty supera i 550 °C per lunghi periodi, una lega quasi α (IMI 834, Ti-1100 e simili) o una superlega a base di nichel sono la soluzione migliore. TC25 non è l'ottimale in quella fascia e non la spingeremmo lì.

Sotto i 400 °C è denaro sprecato

Per parti strutturali e rotanti sotto i 400 °C, il titanio di grado 5 (Ti-6Al-4V) è più economico, più facile da reperire e da lavorare, con un quadro standard molto più completo alle spalle.

Quello che il premium del TC25 acquista è la capacità in quella fascia 450–550 °C. Se non lo usi, non c'è motivo di pagarlo.

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Opzioni di fornitura, documenti di ispezione

Base dell'offerta

Bar Ø16–500 mm e forgiate isotermiche con un'area prevista fino a 2 m² sono la gamma standard di alimentazione; altre forme sono offerte secondo le specifiche. Le condizioni di consegna possono essere forgiate, laminate a caldo, trattate a soluzione e invecchiate, o ricotte secondo un programma concordato.

Superficie e imballaggio

Le condizioni della superficie possono essere forgiate, tornate/scablate, listate o lavorate a macchina. L'imballaggio e la protezione dell'esportazione sono impostati in base alla destinazione e al mezzo di trasporto.

Documenti di ispezione

Gli ordini possono essere preventivati con un certificato di prova in mulino, rapporti di test chimici e meccanici, un rapporto a ultrasuoni C-scan, un rapporto sulla dimensione dei grani e la microstruttura, e un rapporto dimensionale. È possibile organizzare ispezione da parte di terzi.

Certificazione e conformità

Il materiale viene prodotto secondo un sistema di qualità certificato AS9100, presso un mulino con accreditamento Nadcap per test non distruttivi, test dei materiali e trattamento termico, e accreditamento di laboratorio CNAS. Il centro di prova del mulino produttore possiede anche approvazioni dai principali OEM di motori aeronautici civili. I certificati sono forniti con l'ordine.

Il TC25 è fornito per applicazioni aerospaziali civili, turbine a gas industriali e ingegneria ad alte prestazioni. Si prega di indicare l'uso finale, l'utente finale e la destinazione con la sua richiesta affinché possiamo confermare la fornitura prima del preventivo.

Leghe di titanio correlate

Lega di titanio TC11

Lega di titanio TA15

Lega di titanio TC18

Lega di titanio Ti55531

Barra di titanio

Forgiature in titanio

Questi gradi provengono dalla stessa catena di approvvigionamento e dallo stesso insieme di documenti di ispezione — una richiesta, un contatto, una spedizione.

Domande frequenti

Cos'è la lega di titanio TC25?

Il TC25 è una lega di titanio ad alta temperatura α+β, nominalmente Ti-6.5Al-2Sn-2Zr-2Mo-1W-0.2Si. Viene utilizzata per parti rotanti del motore che operano tra 450 e 550 °C, principalmente dischi compressori, pale e anelli di guarnizione.

TC25 è equivalente a Ti-6242?

No — le finestre di servizio si sovrappongono, ma non sono intercambiabili. Il TC25 si affida al tungsteno per la resistenza a temperatura e si posiziona sul lato α+β; il Ti-6242 è una lega quasi α. La sostituzione richiede una riqualificazione.

TC25 e BT25 sono la stessa lega?

Sì. TC25 è la designazione cinese GB e BT25 (traslitterato VT25) è la designazione russa per la stessa famiglia di leghe. Composizione e finestra di servizio sono equivalenti; i limiti di accettazione seguono la specifica a cui si ordina.

Qual è la temperatura massima di servizio del TC25?

450–550 °C per il servizio a lungo termine. I dati tipici sono 6.000 ore a 500 °C e 3.000 ore a 550 °C. La qualifica per il tuo specifico ciclo di servizio dovrebbe essere confermata.

Il TC25 è disponibile come polvere per la stampa 3D?

Questa pagina tratta la barra TC25 forgiata e laminata a caldo e le forgiature. Se hai bisogno di polvere per la produzione additiva, faccelo sapere al momento della richiesta — si tratta di una rotta di prodotto diversa con criteri di accettazione differenti.

A quale standard viene fornito il TC25?

TC25 è fornito alla designazione di grado GB e al protocollo tecnico concordato con te. I limiti di composizione e i valori misurati sono riportati sul certificato di prova del mulino.

Il TC25 perde dattilità dopo una lunga esposizione a 550 °C?

Sì. Nel nostro test di stabilità termica, l'allungamento delle barre di Ø250 mm è sceso da circa 13,5–14,5% a circa 7,5–8,5%, mentre la resistenza alla trazione è aumentata leggermente. Progetta il margine di vita sulla condizione esposta.

Parla con noi della tua candidatura

Se hai già un ciclo di lavoro o un disegno in mano, il primo passo è semplice: inviaci la temperatura di servizio, il carico, il tempo previsto alla temperatura e la stampa del pezzo o la specifica del materiale. Faremo prima una revisione tecnica — confermando se il TC25 è il grado giusto per quella posizione e quale tipo di prodotto ha più senso da fornire.

Ciò di cui abbiamo bisogno da te: pendenza e condizioni di consegna, dimensioni e tolleranze di un disegno, quantità e porta di destinazione, condizioni della superficie necessarie, documenti di ispezione necessari, oltre all'uso finale, all'utente finale e alla destinazione.

Una volta terminata la revisione tecnica, torniamo con una proposta specifica di fornitura e un preventivo.

L'intero processo è gestito da un rappresentante clienti fisso e da un ingegnere di prodotto — consigli sulla selezione dei materiali, il coordinamento degli ordini, la documentazione di qualità e le domande tecniche passano tutte dalle stesse persone. Non si passa da un reparto all'altro.

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