Ključni previdnostni ukrepi med toplotno obdelavo komponent titanove plošče
1. Nadzor atmosfere: glavna skrb
Zaradi izjemne kemične reaktivnosti titana pri povišanih temperaturah je nadzor atmosfere najbolj kritičen dejavnik pri toplotni obdelavi. Za razliko od jekla titana ni mogoče zaščititi z običajnimi atmosferami, kot so vodik, ogljikov monoksid ali krekirani amoniak, saj zlahka reagira s temi plini.
Vakuumska peč (zaželeno):Vakuumska toplotna obdelava je optimalna izbira za komponente titanove plošče. Zagotavlja najvišjo raven zaščite, tako da odstrani skoraj vse atmosferske pline, namesto da bi jih zgolj nadomestil. Pri vakuumskem žarjenju je treba delovni tlak na splošno vzdrževati pri najmanj 2 × 10⁻³ Pa, da se izognemo vakuumski površinski koroziji zaradi prenizkega tlaka. Nekatere aplikacije za nadzor parcialnega tlaka uporabljajo -argon visoke čistosti.
Atmosfera inertnega plina:Kadar vakuumske peči niso na voljo, lahko atmosfere argona ali helija visoke-čistosti zagotovijo ustrezno zaščito. Vendar morajo biti tudi ti inertni plini visoko prečiščeni-brez vlage in sledov nečistoč-, da se prepreči kontaminacija. Na splošno se zahteva čistost argona najmanj 99,99 %, čeprav je za kritične aplikacije v vesolju morda potrebna višja čistost.
Električno ogrevane peči:Električne peči so močno priporočljive namesto peči-na gorivo. Peči na-kurivo proizvajajo stranske produkte zgorevanja, ki vsebujejo vodik in vlago, ki lahko onesnažijo titan. Če je treba uporabiti-peči na gorivo, mora biti atmosfera nevtralna ali rahlo oksidativna-in nikoli redukcijska, saj redukcijska atmosfera spodbuja nastajanje vodika.
Čiščenje peči:Peči, ki so se prej uporabljale za atmosfersko toplotno obdelavo jekla, je treba pred obdelavo titana več ur temeljito prezračevati s predvidenim plinom. Ostanki vodika iz razpokanega amoniaka ali drugih atmosfer-obdelave jekla lahko ostanejo v ognjevzdržnih razpokah in onesnažijo dele iz titana. Za peči z zračnim-pihanjem je priporočljivo -odzračevanje z zračnim tokom precejšnje prostornine in trajanja (npr. 150 kubičnih čevljev na minuto 4 ure).
2. Preprečevanje nastajanja primerov Alpha
Alfa ohišje je krhka, s kisikom{0}}obogatena površinska plast, ki nastane, ko se titan segreje nad približno 590–620 stopinj v prisotnosti kisika. Ta plast je izjemno trda in abrazivna, zmanjšuje duktilnost in lastnosti utrujenosti, hkrati pa otežuje kasnejšo strojno obdelavo.
Strategije zmanjševanja:
Uporabite najkrajši možni čas segrevanja pri temperaturi, da omejite difuzijo kisika
Ohranite natančen nadzor temperature, saj se stopnje oksidacije eksponentno povečujejo s temperaturo
Vakuumska obdelava v celoti odpravi nastajanje alfa ohišja in ne zahteva odstranjevanja površine po-obdelavi
Zahteve za odstranitev:Če med toplotno obdelavo v ne-vakuumski ali nečisti inertni atmosferi nastane ohišje alfa, je treba kontaminirano plast popolnoma odstraniti, preden komponenta začne delovati. Metode odstranjevanja vključujejo:
Strojna obdelava: Za izboljšanje življenjske dobe orodja so priporočljivi globoki rezi, saj je ohišje alpha zelo abrazivno
Kemično luženje: raztopine HF-HNO₃ lahko raztopijo krhko plast
Abrazivne metode: peskanje ali brušenje (ki mu sledi luženje za popolno odstranitev)
Preverjanje popolne odstranitve lahko izvedete z jedkanjem z raztopino amonijevega bifluorida-svetlo siva barva označuje preostalo ohišje alfa, medtem ko temno siva označuje čisto navadno kovino.
3. Preprečevanje vodikove krhkosti
Kontaminacija z vodikom je še posebej nevarna za titanove zlitine, ker hitro difundira skozi kovinsko mrežo in lahko vpliva na celotno komponento in ne le na površino. Vsebnost vodika, ki presega 150 ppm, lahko povzroči-nizkotemperaturno krhkost zaradi tvorbe hidridov.
Preventivni ukrepi:
Zagotovite, da je atmosfera v peči popolnoma suha; vlaga pri visokih temperaturah disociira, da nastaneta vodik in kisik
Izogibajte se nečistočam olja, masti in ogljikovodikov na delih in površinah peči, saj nepopolno zgorevanje proizvaja vodik
Ohranjajte oksidativno ali nevtralno atmosfero; reducirajoče atmosfere spodbujajo absorpcijo vodika
Za vse postopke čiščenja pred toplotno obdelavo uporabite deionizirano vodo; navadna voda iz pipe vsebuje kloride in fluoride, ki lahko povzročijo kontaminacijo
Odstranjevanje vodika:Če se odkrije kontaminacija z vodikom (z analizo vakuumske fuzije), je potrebna obdelava z dehidrogenacijo. Segrevanje na 705–815 stopinj (1300–1500 stopinj F) v vakuumu enega mikrona ali manj lahko zmanjša vsebnost vodika. Hitrost odstranjevanja je odvisna od debeline komponente, geometrije, časa in temperature. Za učinkovito dehidrogenacijo morajo biti kovinske površine in površine peči čiste in brez-oksidov.
4. Čiščenje površine in odstranjevanje onesnaževalcev
Pred toplotno obdelavo je treba komponente titanove plošče skrbno očistiti, da se odstranijo vsi površinski onesnaževalci, ki bi lahko povzročili degradacijo:
Prepovedani kontaminanti:
Prstni odtisi: Olja za telo vsebujejo kloride in druge spojine, ki lahko sprožijo razpoke zaradi napetostne korozije
Klorirana topila: Tudi ostanki čistilnih sredstev lahko povzročijo razpoke zaradi napetostne korozije nad približno 230 stopinj (450 stopinj F)
Ogljikovodiki: Olja in maščobe so glavni vzroki za krhkost med toplotno obdelavo
Brezvodni metanol: Povzroča razpoke zaradi napetostne korozije v titanovih zlitinah; če je treba uporabiti metanol, ga je treba razredčiti z deionizirano vodo v razmerju 50:50, čeprav se ga številni proizvajalci v celoti izogibajo
Fluorovodikova kislina in koncentrirane močne kisline: Močno razjedajo titan in se jim je treba strogo izogibati
Priporočene metode čiščenja:
Čistilne raztopine-na osnovi dušikove ali alkalne čistilne raztopine
Izopropanol kot alternativno organsko topilo (ne povzroča napetostne korozije)
Izpiranje deionizirane vode po vseh postopkih čiščenja
Prepričajte se, da deli vzorca, očiščeni v kislinski kopeli, ne kažejo zajemanja vodika
5. Nadzor temperature in časa
Natančna kontrola temperature je nujna zaradi močnega vpliva temperature raztopine na metalurgijo in končne lastnosti titanovih zlitin:
Rekristalizacijsko žarjenje: Običajno se izvaja pri približno 730 stopinjah za Ti-6Al-4V
Žarjenje za lajšanje napetosti: Na splošno se izvaja pri 500–650 stopinjah
Zdravljenje z raztopino: Izbira temperature je odvisna od specifične sestave zlitine in želene mikrostrukture; glejte podatkovne liste za-specifične zlitine
Čas namakanja pri temperaturi je treba čim bolj zmanjšati, da preprečite:
Prekomerna rast zrn, ki zmanjšuje žilavost in duktilnost
Globoka difuzija kisika in tvorba debelega ohišja alfa
Pobiranje vodika iz sledov atmosferskih onesnaževalcev
Popačenje tankih odsekov plošče
Enakomernost temperature v celotni komori peči je ključnega pomena za ploščate komponente, da se zagotovi dosledna mikrostruktura in mehanske lastnosti po celotnem delu.
6. Ravnanje po -toplotni obdelavi
Ocena oksidnega filma:Po toplotni obdelavi v inertnem plinu ali vakuumu barva površinskega oksida označuje stopnjo kontaminacije:
Svetlo rumen oksidni film: Lahko je sprejemljivo brez odstranitve
Svetlo moder, moder ali siv oksidni film: Odstraniti ga je treba v skladu s specifikacijami
Zahteve za hlajenje:Za vakuumsko toplo-obdelane komponente nekateri letalski standardi priporočajo zračno hlajenje pod 200 stopinj pred izpostavitvijo okoljski atmosferi, da zmanjšate toplotni šok in površinsko oksidacijo.
Mehansko testiranje:Učinkovitost toplotne obdelave je treba preveriti z ustreznimi mehanskimi preskusi in ne samo s testiranjem trdote, saj je korelacija med trdnostjo in trdoto v titanovih zlitinah slaba. Preskusni primerki se lahko izrežejo iz reprezentativnih vzorcev ali tehnoloških dodatkov na delih.
7. Posebni premisleki za tanko ploščo in pločevino
Komponente plošče in pločevine iz titana predstavljajo posebne izzive:
Nadzor popačenja: Tanki deli so nagnjeni k zvijanju med segrevanjem in ohlajanjem; bistvena sta pravilna pritrditev in enakomerno segrevanje
Pomlad{0}}nazaj: Titanov nizek modul elastičnosti in visoka trdnost povzročata znatno vzmet-povratno vzmetenje med hladnim oblikovanjem; vroče oblikovanje je lahko prednostno za kompleksne oblike
Hitro ogrevanje/hlajenje: Tanke plošče se hitro segrejejo in ohladijo, kar zahteva natančen čas za dosego želene mikrostrukture brez pretirane rasti zrn ali preostale napetosti
Razmerje med površino-in-prostornino: Višja razmerja povečajo dovzetnost za onesnaženje ozračja, zaradi česar je nadzor nad ozračjem še bolj kritičen
