Titaanisulami sepistamise defektid: põhjused, avastamine ja ennetamine

Miks on titaani sepistamine vähem andestav kui teras?

Titaan sepistab kitsas temperatuuriaknas ja juhib halvasti soojust, mistõttu on tooriku pinna ja keskkoha erinevused suuremad kui terases. Alfa- ja alfa-beetasulamid on ülekuumenemise suhtes eriti tundlikud ning halvast kuumutustsüklist tulenevaid defekte ei ole sageli võimalik taastada. Arusaamine, milliseid defekte saab ümber töödelda ja mis tähendab, et osa on vanarauad, on erinevus kontrollitava protsessi ja praagi määra vahel, mida keegi ei saa seletada.

Beeta rabedus ülekuumenemisest

Beeta rabedus on põhjustatud ülekuumenemisest. Alfa- ja alfa-beeta-sulamites ning eriti alfa-beeta-klassides tekitab beetatransusest kõrgemal sepistamise temperatuur jämeda, võrdväärse eelneva-beeta-terastruktuuri, milles alfa sadestub piki terade piire ja triibulise intrakristalse struktuuri. Ruumi -temperatuuri plastilisus langeb järsult. See on klassikaline ülekuumenemise allkiri.

Ülekuumenemist ei saa kuumtöötlusega parandada. Struktuur tuleb lõhkuda beetatransuse all oleva materjali ümbertöötamisega ja ainult siis, kui sepistamise geomeetria ja järelejäänud varud seda võimaldavad. Ennetamine põhineb ahju juhtimisel: hoidke ahju temperatuuri kvalifitseeritud vahemikus, kontrollige regulaarselt kambrit, asetage laeng nii, et toorikud ei oleks kuumutuselementidele liiga lähedal, kasutage takistus{2}}kuumutusega ahjude mõlemal küljel deflektoreid, et vältida lokaalset ülekuumenemist, ja piirake laengu suurust. Sulami soojuse tegeliku beetatransuse mõõtmine igas ahjus on täiendav tõhus kaitse, kuna transus liigub koos interstitsiaalse sisuga.

Lokaliseeritud jämeteraline

Haamri- ja pressstantsi sepistamisel tähendab titaani halb soojusjuhtivus, et tooriku pind jahtub stantsiga kokkupuutel märgatavalt ning töödeldava detaili ning ülemise ja alumise stantsi vaheline hõõrdumine koondab deformatsiooni tooriku keskele. Pind deformeerub vähem, selle esialgne struktuur säilib ja tulemuseks on lokaalselt jämedateraline riba.

Sellega tegelevad kolm meedet. Eelsepistamise{1}}operatsioon jaotab deformatsiooni viimistluskäigul ühtlasemalt. Parem määrimine vähendab hõõrdumist tooriku ja matriitsi vahel. Ja stantside põhjalik eelsoojendamine vähendab temperatuuri langust, mida toorik ülekande ja kokkupuute ajal kannatab.

Pinna praod

Pinnalõhed tekivad peamiselt siis, kui viimistlustemperatuur langeb alla sulami täieliku ümberkristallimise temperatuuri. Sepistamisel on tooriku ja matriitsi vaheline liigne kokkupuuteaeg tavaline põhjus: kuna titaan juhib halvasti soojust, võib pind langeda alla lubatud viimistlustemperatuuri, kui keskosa on veel kuum. Klaasmäärdeaine pressstantsi sepistamisel ning tooriku ja haamriga sepistamise alumise matriitsi vahelise kokkupuuteaja lühendamine on standardsed abinõud. Praod on madalad ja neid saab mõnikord segamise teel eemaldada, kuid ainult joonisel ja kehtivas sepistamise spetsifikatsioonis sätestatud piirides.

Säilitatud valustruktuur

Kui valuplokk on sepistatud ebapiisava redutseerimisega või vale järjestusega, jääb valustruktuur valmis detailiks. Abinõu põhineb protsessil-, mitte kontrollimisel-: suurendage sepistamissuhet ning kasutage korduvat moonutamist ja tõmbamist, et valatud dendriidid laguneksid ja voolujooned järgiksid detaili kontuuri. Säilitatud valustruktuuriga sepisel on iseloomulik makrostruktuur läbilõikel ja söövitatud katsekehal.

Heledad ansamblid

Heledad ribad on väikese{0}}suurendusega makrostruktuuris nähtavad ümbritsevast metallist erineva heledusega triipudena. Sõltuvalt valgustusnurgast võivad need tunduda heledamad või tumedamad kui alusmaterjal. Ristlõikel kuvatakse need punktide või helvestena; pikisuunalisel lõigul kulgevad need siledate triipudena, mille pikkus võib ulatuda kümnest millimeetrist mitme meetrini.

Põhjuseid on kaks. Esimene on keemiline segregatsioon sulamis, üldiselt elementide puhul, mis mõjutavad reaktsiooni söövitamisele. Teine on deformatsioonikuumutamine sepistamise ajal, kus temperatuur on tooriku punktides liiga erinev. Heledad ribad halvendavad plastilisust ja toimivust kõrgel-temperatuuril, seega tähendab ennetamine eraldumise kontrollimist sulamisfaasis ja termilise sepistamise parameetrite, kuumutustemperatuuri, deformatsiooniastme ja deformatsioonikiiruse valimist, mis hoiavad temperatuuri jaotumise üle sepise kontrolli all.

Alfa ümbris

Alfa-hapruskiht tekib siis, kui hapnik ja lämmastik difundeeruvad kõrgel temperatuuril läbi lahtise oksiidikatla sissepoole, suurendades pinnametalli interstitsiaalset sisaldust. Pinna hapniku- ja lämmastikusisalduse tõustes suureneb ka alfafaasi osakaal, kuni pinnakiht võib olla täielikult alfa. See kiht on kõva ja rabe ning tooriku või sepise peal võib see järgneva deformatsiooni käigus praguneda.

Paksus oleneb ahju tüübist, ahjugaasi iseloomust, küttetemperatuurist ja hoidmisajast. Paksus suureneb koos temperatuuri, säilivusaja ning ahju atmosfääri hapniku- ja lämmastikusisaldusega. Alfa-, beeta- ja alfa-beetasulamid võivad kõik moodustada kihi ning alfa-sulamid on sellele eriti altid; beetasulamid peavad sellele vastu, kuni neid kuumutatakse üle ligikaudu 980 kraadi. Kiht tuleb eemaldada peitsimise või mehaanilise töötlemise teel ning sepistamise joonisel lubatud sügavus on reaalne mõõde, mis ei talu lõtku.

Vesiniku rabedus

Töötavad kaks mehhanismi. Tüve -vananemist tüüpi hapruse korral hajuvad vesinikuaatomid interstitsiaalsetes võrekohtades pinge all ja kogunevad aja jooksul stressikontsentratsioonidele, kinnistades nihestused, nii et need ei saa vabalt liikuda, ja muutes maatriksi hapraks. Hüdriidtüüpi rabestumise korral sadestub kõrgel temperatuuril lahustunud vesinik temperatuuri langedes hüdriidina, muutes sulami hapraks. Mõlemad võivad esineda titaanis ja selle sulamites.

Algpõhjus on mõlemal juhul liigne vesinikusisaldus ja seetõttu tuleb tööstuslikke titaanisulameid hoida 0,015% või alla selle. Ennetamine sepistamise ja kuumtöötlemise ajal tähendab kergelt oksüdeeriva ahjuatmosfääri kasutamist ning seal, kus vesinik juba ületab piiri, on selle eemaldamise teeks vaakumniilimine. Vesinikusisaldust mõõdetakse valmistootel inertgaasi sulatamise teel ASTM E1447 järgi ja sepistamissertifikaadil tuleks märkida pigem tulemus kui kavatsus.

Tuvastamine ja aktsepteerimine

ASTM B381 hõlmab titaanisulamist sepiseid ning määrab kvaliteediklassid ja eksaminõuded, mida ostutellimus võib nõuda; AMS 4928 katab Ti-6Al-4 V varda, sepismaterjali ja sepistamisteed, mida kasutatakse kosmosetöös. Mehaaniline vastuvõtt toimub tõmbekatsega vastavalt ASTM E8/E8M, kuumlõikeliste osade tõmbe- ja pingerebenemiskatsega kõrgendatud temperatuuril. Sisemist tugevust kontrollitakse tavaliselt ultraheliuuringuga ja pinna seisukorda läbitungiva uuringuga. Alfa-kast ja mikrostruktuur on kinnitatud ohvri- või kvalifikatsioonisepistest saadud kupongidel.

Korduma kippuvad küsimused

Q:Kas ülekuumenenud titaani sepist saab päästa uuesti{0}}kuumtöötlemisega?
V: Ei. Jämedalt muudetud struktuuri ei saa muuta ainult termilise töötlemisega. Taastumine nõuab plastilist deformatsiooni beetatransuse all ja ainult seal, kus geomeetria ja järelejäänud varu seda võimaldavad.

Q:Miks sepistab titaan terasest kitsama aknaga?
V: Kuna beetatransus seab kõva ülemise piiri ja madal soojusjuhtivus muudab pinna{0}}keskme temperatuuri erinevuse suureks. Kasutatavat akent vähendab veelgi vajadus lõpetada rekristalliseerimistemperatuurist kõrgemal.

Q:Mis on maksimaalne lubatud vesinikusisaldus?
A: 0,015% tööstuslike titaanisulamite puhul. Sellest tasemest kõrgemal muutuvad tõeliseks riskiks nii tüve-vananemine kui ka hüdriidtüüpi rabestumine ning selle vähendamiseks on vaja vaakumlõõmutamist.

Q:Kas beetasulamid moodustavad alfa korpuse?
V: Nad peavad sellele paremini vastu kui alfa- ja alfa{0}}beetasulamid ning ei moodusta kihti enne, kui need on kuumutatud üle ligikaudu 980 kraadi. Alfasulamid on kõige tundlikumad ja vajavad kõige rangemat atmosfääri kontrolli.

Q:Kui sügav on tüüpilise sepise alfakast?
V: Sügavus sõltub temperatuurist, ajast ja ahju atmosfäärist. See tuleb eemaldada peitsimise või töötlemisega ning mõjutatud sügavuse tõmbevaru on pigem protsessi nõue kui tolerants.

Q:Mis põhjustab sepistatud titaanist makrostruktuuris heledaid ribasid?
V: Sulami keemiline eraldumine või liigne temperatuurimuutus, mis tuleneb deformatsiooni kuumutamisest sepistamise ajal. Mõlemad vähendavad plastilisust ja jõudlust kõrgel-temperatuuril ning neid kontrollitakse sulamisel ja pressimisel.