Titaanisulamite kuumtöötlusprotsessid: lõõmutamine, lahusega töötlemine ja vanandamine

Kuumtöötlemine on temperatuuri ja jahutuskiiruse kontrollitud kasutamine metalli sisemise struktuuri muutmiseks nii, et selle mehaanilised omadused vastavad sellele, mida ta peab tegema. Titaani puhul annab muundumine kõrge temperatuuriga beetafaasist kuusnurkseks alfafaasiks ja legeerelementide jaotumise viis kuumtöötlejale laia, kuid tundliku tööakna. Titaankomponent, mida kuumutatakse vales atmosfääris, kustutatakse liiga kiiresti või vanandatakse valel temperatuuril, võib kaotada elastsuse, saada hapra hapniku{2}}rikka naha või moonduda pärast taastumist.

Mida teeb kuumtöötlus titaanile

Titaanisulamid klassifitseeritakse toatemperatuuril esinevate faaside järgi. Alfasulamid, nagu 1.–4. klassi kaubanduslikult puhtad klassid, on toatemperatuuril ühefaasilised. Alfa-beetasulamid, millest 5. klassi (UNS R56400) on kõige laialdasemalt kasutatav, reageerivad tugevalt lahuse töötlemisele ja vananemisele. Beetasulamid säilitavad metastabiilse kere{8}}keskse kuupfaasi ja neid saab vanandada kuni suure tugevuseni. Kuumtöötlust kasutatakse neljal erineval eesmärgil: jääkpinge leevendamine, pehmendamine edasiseks vormimiseks, tugevuse arendamine sademete kaudu ja mõõtmete stabiliseerimine enne lõplikku töötlemist.

Stressi leevendamine ja lõõmutamine

Stressi leevendamine on kõige leebem ravimeetod ja kõige levinum. See eemaldab keevitamisel, töötlemisel, painutamisel või sirgendamisel tekkiva jääkpinge ilma tugevust oluliselt muutmata ning kaubanduslikult puhaste klasside puhul tehakse seda tavaliselt vahemikus umbes 480–595 kraadi Celsiuse järgi. Ümberkristallimisega lõõmutamine, tavaliselt 700–800 kraadi Celsiuse järgi alfa-beetasulamite puhul, taastab elastsuse edasiseks külmvormimiseks ja sellele järgneb õhkjahutus.

Praktilised punktid, mis määravad edu, on järgmised:

Tugi:osad on toetatud kinnitustele, mis on mõeldud titaani paisutamiseks, mis on alumiiniumiga võrreldes madal, kuid siiski piisav õhukeste sektsioonide moonutamiseks.

Leotamisaeg:arvestatakse hetkest, kui kogu koormus, mitte ahi, saavutab temperatuuri ja hoitakse nii lühikesena, kui spetsifikatsioon lubab.

Jahutus:õhkjahutus pinge leevendamiseks ja lõõmutamiseks, kusjuures sektsiooni paksus määrab, kui aeglaselt kiired sektsioonid soojust kaotavad.

Lahendus Ravi ja vananemine

Alfa{0}}beetasulamite lahusega töötlemine toimub beetatransuse all, mis 5. astme puhul on ligikaudu 995 kraadi Celsiuse järgi, millele järgneb kiire kustutamine. Kustutusaine säilitab metastabiilse struktuuri, mida seejärel vanandatakse madalamal temperatuuril, et sadestada peen alfafaas ja suurendada tugevust. Tüüpiline 5. klassi praktika on lahusega töötlemine vahemikus 900–970 kraadi Celsiuse järgi, veega karastamine, seejärel vanandamine umbes 480–595 kraadi Celsiuse järgi mõne tunni jooksul, mis tõstab tõmbetugevuse lõõmutatud seisundist tunduvalt kõrgemale ja annab Rockwell C skaalal kareduse kolmekümnendates.

Jahutuskiirus on sama oluline kui temperatuur. Lahuse töötlemise temperatuurist tulenev aeglane karastamine võimaldab difusiooni ja loob jämedama struktuuri, millel on väiksem tugevus, nii et ülekandeaeg ahjust jahutuspaaki on kontrollitav muutuja ja suured sektsioonid võivad nõuda suuremat karastuvust või erinevat sulamit, mitte agressiivsemat kustutamist.

Atmosfäär, vaakum ja saastekontroll

Titaan oksüdeerub kergesti. Ligikaudu üle 400 kraadi Celsiuse järgi difundeeruvad hapnik ja lämmastik pinnale ning loovad alfa-korpuse, kõva hapnikuga{2}}rikastatud kihi, mis koormuse all praguneb. Vaakumpahjud või kõrge -puhtusastmega argooni või heeliumiga ahjud on seetõttu standardsed mis tahes kuumtöötlemisel, mis ületab pinge vähendamise vahemikku. Heledal lõõmutamisel on tüüpilised vaakumitasemed 10–100 mikropaskalit.

Ahju juhtimine ei puuduta ainult atmosfääri. Püromeetria peab olema kalibreeritud AMS 2750 järgi, termopaarid tuleb asetada osadele, mitte ainult ahju, ja koormused peavad olema kvalifitseeritud nii, et registreeritud temperatuur esindaks kõige külmemaid ja kuumemaid kohti. Kuumas tsoonis olev vask, messing, plii või vähesulav saaste{3}} hajub titaaniks ja see tuleb välistada.

Tüüpilised parameetrid klasside järgi

Ülaltoodud parameetrid on üldpraktikas kasutatavad soovituslikud vahemikud; kontrollarvud on need, mis on esitatud kehtivas materjali- ja protsessispetsifikatsioonis ning antud osa sertifitseeritud kuumtöötlustsükkel peab järgima seda dokumenti.

Moonutused, viimistlus ja tavalised vead

Moonutusi kontrollitakse tugikonstruktsiooni, ühtlase kuumutamise ja vajaduse korral mehaanilise sirgendamise või kuumlihvimisega pärast töötlemist. Sirgendamine pärast lahendus- ja vanustsüklit on ebasoovitav, kuna see taastab suure tugevusega detaili pinge, mistõttu tuleks töötlemise, töötlemise ja viimistlemise jada planeerida enne esimest lõiget.

Kuumtöötlemine õhus, mille tulemusel tekib alfakast, mis tuleb peitsimise või töötlemise teel eemaldada; kui seda ei eemaldata, väheneb väsimuse eluiga järsult.

Leotusaja loendamine ahju kontrollerist, mitte koorma külge kinnitatud termopaarist.

Kustutamise edasilükkamine, mis vähendab vaikselt tugevust ilma nähtava hoiatuseta.

Laagerdatakse kaks korda temperatuuridel, mis kumulatiivselt üle-sulami vananevad.

Enne töötlemist töödeldud osade töötlemisjärgse-vesiniku ja kõvaduse kontrollimata jätmine.

KKK

K: Millal on titaanist osade kuumtöötlus vajalik?
Iga kord, kui detailile on keevitamise või mehaanilise töötlemise tõttu kogunenud jääkpinget, tuleb seda edasiseks vormimiseks pehmendada või peab lahuse töötlemise ja vananemise tõttu saavutama suurema tugevuse. Lõõmutamist kasutatakse ka mõõtmete stabiliseerimiseks enne lõplikku töötlemist.

K: Kas titaani saab õhu käes kuumtöödelda?
Ainult madala temperatuuriga stressi leevendamiseks ja isegi siis on eelistatud kaitsekeskkond. Igasugune töötlemine õhus temperatuuril üle 400 kraadi Celsiuse järgi tekitab hapnikuga rikastatud alfakarbi, mis tuleb eemaldada, nii et lõõmutamiseks ja vanandamiseks kasutatakse vaakum- või inertgaasi ahjusid.

K: Mis on beetatransus ja miks see on oluline?
See on temperatuur, mille juures sulam muutub täielikult beetafaasiks, 5. klassi puhul ligikaudu 995 kraadi Celsiuse järgi. Selle all olev lahuse töötlemine säilitab mõningase alfafaasi ja annab parima kombinatsiooni tugevusest ja elastsusest, samal ajal kui töötlemine sellest kõrgemal tekitab jämedaid terasid ja madalamat elastsust.

K: Kuidas jahutuskiirus omadusi mõjutab?
Kiire vesijahutus säilitab vananemiseks vajaliku metastabiilse struktuuri ja annab suure tugevuse. Aeglane summutamine võimaldab difusiooni jahutamise ajal, tekitades jämedama struktuuri, väiksema tugevuse ja paksude osade korral mittetäieliku reaktsiooni vananemisele.

K: Miks kuumtöödeldud osa tuleb välja kõvem, kuid rabedam?
Tavaliselt seetõttu, et osa oli liiga kaua vananenud, liiga kõrgel temperatuuril või töötlemise ajal hapnikuga saastunud. Üle -vananemine muudab sade jämedaks ja alfakast muudab pinna rabedaks, kuid need kaks vajavad erinevat korrigeerimist.

K: Kuidas ravi kontrollitakse?
Koormustermopaaride ja AMS 2750-le kalibreeritud ahju mõõtmiste, koormusega töödeldud kupongide kõvaduse ja tõmbekatsega ning vajaduse korral alfa-juhtumi metallograafilise kontrolli ja vesiniku mõõtmise abil.