Kľúčové opatrenia počas tepelného spracovania komponentov titánových platní
1. Kontrola atmosféry: Primárny záujem
Extrémna chemická reaktivita titánu pri zvýšených teplotách robí z kontroly atmosféry najdôležitejší faktor pri tepelnom spracovaní. Na rozdiel od ocele, titán nemôže byť chránený konvenčnými atmosférami, ako je vodík, oxid uhoľnatý alebo krakovaný amoniak, pretože ľahko reaguje s týmito plynmi.
Vákuová pec (preferovaná):Vákuové tepelné spracovanie je optimálnou voľbou pre komponenty z titánových platní. Poskytuje najvyššiu úroveň ochrany tým, že odstraňuje prakticky všetky atmosférické plyny, a nie len ich nahradzuje. Pri vákuovom žíhaní by sa mal pracovný tlak vo všeobecnosti udržiavať najmenej 2 × 10⁻³ Pa, aby sa zabránilo vákuovej povrchovej korózii spôsobenej príliš nízkym tlakom. Niektoré aplikácie používajú argón vysokej{5}}čistoty na čiastočnú kontrolu tlaku.
Atmosféra inertného plynu:Keď nie sú k dispozícii vákuové pece, dostatočnú ochranu môže poskytnúť{0}}vysoko čisté prostredie argónu alebo hélia. Aj tieto inertné plyny však musia byť vysoko čistené-bez vlhkosti a stopových nečistôt-, aby sa zabránilo kontaminácii. Vo všeobecnosti sa vyžaduje čistota argónu najmenej 99,99 %, hoci vyššia čistota môže byť potrebná pre kritické letecké aplikácie.
Elektricky vyhrievané pece:Elektrické pece sa dôrazne odporúčajú pred palivovými- pecami. Palivové-pece produkujú vedľajšie produkty spaľovania obsahujúce vodík a vlhkosť, ktoré môžu kontaminovať titán. Ak sa musia používať palivové- pece, atmosféra by sa mala udržiavať ako neutrálna alebo mierne oxidačná-nikdy nie redukčná, pretože redukčná atmosféra podporuje tvorbu vodíka.
Čistenie pece:Pece, ktoré sa predtým používali na atmosférické tepelné spracovanie ocele, sa musia pred spracovaním titánu niekoľko hodín dôkladne preplachovať zamýšľaným plynom. Zvyškový vodík z krakovaného čpavku alebo inej atmosféry na úpravu ocele- môže zostať v žiaruvzdorných štrbinách a kontaminovať titánové časti. Pre vzduchové pece sa odporúča-prefukovanie vzduchu značného objemu a trvania (napr. 150 kubických stôp za minútu počas 4 hodín).
2. Prevencia tvorby alfa prípadov
Alfa puzdro je krehká, kyslíkom -obohatená povrchová vrstva, ktorá sa vytvára, keď sa titán zahreje na približne 590 – 620 stupňov v prítomnosti kyslíka. Táto vrstva je extrémne tvrdá a abrazívna, znižuje ťažnosť a únavové vlastnosti a zároveň komplikuje následné obrábanie.
Stratégie minimalizácie:
Na obmedzenie difúzie kyslíka používajte čo najkratšie časy ohrevu pri teplote
Udržujte presnú kontrolu teploty, pretože rýchlosť oxidácie rastie exponenciálne s teplotou
Vákuové ošetrenie úplne eliminuje tvorbu puzdra alfa a nevyžaduje žiadne odstraňovanie povrchu po{0}}úprave
Požiadavky na odstránenie:Ak sa počas tepelného spracovania vo vákuovej alebo nečistej inertnej atmosfére vytvorí alfa puzdro, pred uvedením komponentu do prevádzky sa musí kontaminovaná vrstva úplne odstrániť. Metódy odstránenia zahŕňajú:
Obrábanie: Na zlepšenie životnosti nástroja sa odporúčajú hlboké rezy, pretože puzdro alfa je vysoko abrazívne
Chemické morenie: Roztoky HF-HNO₃ môžu rozpustiť krehkú vrstvu
Abrazívne metódy: Pieskovanie alebo brúsenie (nasleduje morenie na úplné odstránenie)
Overenie úplného odstránenia je možné vykonať leptaním roztokom bifluoridu amónneho-svetlosivé zafarbenie označuje zostávajúci prípad alfa, zatiaľ čo tmavosivé označuje čistý základný kov.
3. Prevencia vodíkového krehnutia
Kontaminácia vodíkom je obzvlášť nebezpečná pre zliatiny titánu, pretože rýchlo difunduje cez kovovú mriežku a potenciálne ovplyvňuje celý komponent a nie len povrch. Obsah vodíka presahujúci 150 ppm môže viesť k nízkoteplotnému skrehnutiu prostredníctvom tvorby hydridov.
Preventívne opatrenia:
Zabezpečte, aby bola atmosféra pece dokonale suchá; vlhkosť pri vysokých teplotách disociuje za vzniku vodíka a kyslíka
Vyhnite sa olejom, mastnotám a uhľovodíkovým kontaminantom na častiach a povrchoch pece, pretože pri nedokonalom spaľovaní vzniká vodík
Udržujte oxidačnú alebo neutrálnu atmosféru; redukčné atmosféry podporujú absorpciu vodíka
Na čistenie pred tepelnou úpravou používajte deionizovanú vodu; obyčajná voda z vodovodu obsahuje chloridy a fluoridy, ktoré môžu spôsobiť kontamináciu
Odstránenie vodíka:Ak sa zistí kontaminácia vodíkom (prostredníctvom analýzy vákuovej fúzie), je potrebná dehydrogenačná úprava. Zahrievanie na 705-815 stupňov (1300-1500 stupňov F) vo vákuu jedného mikrónu alebo menej môže znížiť obsah vodíka. Rýchlosť odstraňovania závisí od hrúbky súčiastky, geometrie, času a teploty. Kovové povrchy a povrchy pece musia byť čisté a bez oxidu-pre účinnú dehydrogenáciu.
4. Čistota povrchu a odstraňovanie kontaminantov
Pred tepelným spracovaním sa komponenty titánových platní musia dôkladne vyčistiť, aby sa odstránili všetky povrchové nečistoty, ktoré by mohli spôsobiť degradáciu:
Zakázané kontaminanty:
Odtlačky prstov: Karosárske oleje obsahujú chloridy a iné zlúčeniny, ktoré môžu vyvolať korózne praskanie pod napätím
Chlórované rozpúšťadlá: Dokonca aj zvyšky čistiacich prostriedkov môžu spôsobiť korózne praskanie nad približne 230 stupňov (450 stupňov F)
Uhľovodíky: Olej a mastnota sú hlavnými príčinami krehnutia počas tepelného spracovania
Bezvodý metanol: Spôsobuje korózne praskanie v titánových zliatinách; ak sa musí použiť metanol, mal by sa riediť v pomere 50:50 deionizovanou vodou, hoci mnohí výrobcovia sa tomu úplne vyhýbajú
Kyselina fluorovodíková a koncentrované silné kyseliny: Tieto silne korodujú titán a je potrebné sa im striktne vyhýbať
Odporúčané metódy čistenia:
Čistiace roztoky na báze kyseliny dusičnej-alebo alkalické
Izopropanol ako alternatívne organické rozpúšťadlo (nespôsobuje koróziu pod napätím)
Oplach deionizovanou vodou po všetkých čistiacich operáciách
Overte, či časti vzorky čistené v kyslom kúpeli nevykazujú žiadne zachytávanie vodíka
5. Kontrola teploty a času
Presná regulácia teploty je nevyhnutná z dôvodu silného vplyvu teploty roztoku na metalurgiu a konečné vlastnosti zliatin titánu:
Rekryštalizačné žíhanie: Typicky sa vykonáva pri približne 730 stupňoch pre Ti-6Al-4V
Žíhanie na zmiernenie stresu: Všeobecne sa vykonáva pri 500–650 stupňoch
Liečba roztokom: Výber teploty závisí od špecifického zloženia zliatiny a požadovanej mikroštruktúry; pozrite si technické{0}}hárky konkrétnych zliatin
Čas namáčania pri teplote sa musí minimalizovať, aby sa zabránilo:
Nadmerný rast zrna, ktorý znižuje húževnatosť a ťažnosť
Hlboká difúzia kyslíka a tvorba hrubého alfa puzdra
Zachytávanie vodíka zo stopových atmosférických kontaminantov
Skreslenie častí tenkých dosiek
Rovnomernosť teploty v celej komore pece je kritická pre komponenty dosky, aby sa zabezpečila konzistentná mikroštruktúra a mechanické vlastnosti v celej časti.
6. Po-tepelnom spracovaní
Hodnotenie oxidového filmu:Po tepelnom spracovaní v inertnom plyne alebo vo vákuu farba povrchu oxidov indikuje úroveň kontaminácie:
Svetložltý oxidový film: Môže byť prijateľné bez odstránenia
Svetlomodrý, modrý alebo sivý oxidový film: Musí sa odstrániť podľa špecifikácií
Požiadavky na chladenie:Pre vákuovo tepelne-súčiastky ochladzovanie vzduchom pod 200 stupňov pred vystavením okolitej atmosfére odporúčajú niektoré letecké normy, aby sa minimalizovali tepelné šoky a povrchová oxidácia.
Mechanické testovanie:Účinnosť tepelného spracovania by sa mala overiť vhodnými mechanickými skúškami, a nie samotnými skúškami tvrdosti, pretože korelácia medzi pevnosťou a tvrdosťou titánových zliatin je slabá. Skúšobné telesá môžu byť vyrezané z reprezentatívnych vzoriek alebo technologických tolerancií dielov.
7. Špeciálne požiadavky na tenké dosky a plechy
Komponenty titánových dosiek a plechov predstavujú špecifické výzvy:
Kontrola skreslenia: Tenké časti sú náchylné na deformáciu počas zahrievania a chladenia; je nevyhnutné správne upevnenie a rovnomerné zahrievanie
Jar-späť: Nízky modul pružnosti a vysoká pevnosť titánu spôsobujú výrazné pruženie-späť počas tvárnenia za studena; pre zložité tvary môže byť preferované tvarovanie za tepla
Rýchly ohrev/chladenie: Tenké dosky sa rýchlo zahrievajú a ochladzujú, čo si vyžaduje presné načasovanie na dosiahnutie požadovanej mikroštruktúry bez nadmerného rastu zŕn alebo zvyškového napätia
Pomer plochy-k{1}}objemu: Vyššie pomery zvyšujú náchylnosť na atmosférickú kontamináciu, vďaka čomu je kontrola atmosféry ešte kritickejšia
