Galvenie piesardzības pasākumi titāna plākšņu sastāvdaļu termiskās apstrādes laikā
1. Atmosfēras kontrole: galvenā problēma
Titāna ārkārtējā ķīmiskā reaktivitāte paaugstinātā temperatūrā padara atmosfēras kontroli par vissvarīgāko faktoru termiskajā apstrādē. Atšķirībā no tērauda, titānu nevar aizsargāt ar parasto atmosfēru, piemēram, ūdeņradi, oglekļa monoksīdu vai krekinga amonjaku, jo tas viegli reaģē ar šīm gāzēm.
Vakuuma krāsns (vēlams):Vakuuma termiskā apstrāde ir optimāla izvēle titāna plākšņu komponentiem. Tas nodrošina visaugstāko aizsardzības līmeni, noņemot praktiski visas atmosfēras gāzes, nevis tikai nomainot tās. Vakuuma atkausēšanai darba spiediens parasti jāuztur vismaz 2 × 10⁻³ Pa, lai izvairītos no vakuuma virsmas korozijas, ko izraisa pārāk zems spiediens. Dažās lietojumprogrammās daļēja spiediena kontrolei tiek izmantots augstas -tīrības pakāpes argons.
Inertās gāzes atmosfēra:Ja vakuuma krāsnis nav pieejamas, augstas{0}}tīrības argona vai hēlija atmosfēra var nodrošināt atbilstošu aizsardzību. Tomēr pat šīm inertajām gāzēm ir jābūt ļoti attīrītām-bez mitruma un piemaisījumu pēdām-, lai novērstu piesārņojumu. Parasti ir nepieciešama argona tīrība, kas nav mazāka par 99,99%, lai gan kritiskiem kosmosa lietojumiem var būt nepieciešama augstāka tīrība.
Elektriski apsildāmas krāsnis:Elektriskās krāsnis ir ļoti ieteicamas, nevis ar kurināmo{0}}kurināmām krāsnīm. Ar kurināmo -kurināmās krāsnis rada sadegšanas blakusproduktus, kas satur ūdeņradi un mitrumu, kas var piesārņot titānu. Ja jāizmanto ar kurināmo -kurināmas krāsnis, atmosfērai jābūt neitrālai vai viegli oksidējošai-, kas nekad nereducē, jo reducējošā atmosfēra veicina ūdeņraža veidošanos.
Krāsns attīrīšana:Krāsnis, kas iepriekš tika izmantotas tērauda termiskai apstrādei atmosfērā, pirms titāna apstrādes vairākas stundas rūpīgi jāiztīra ar paredzēto gāzi. Ūdeņraža atlikums no saplaisājusi amonjaka vai citas tērauda apstrādes atmosfēras{1}} var palikt ugunsizturīgās spraugās un piesārņot titāna daļas. Gaisa -pūšanas krāsnīm ir ieteicama ievērojama tilpuma un ilguma gaisa plūsma (piemēram, 150 kubikpēdas minūtē 4 stundas).
2. Alfa gadījuma veidošanās novēršana
Alfa korpuss ir trausls,{0}}bagātināts ar skābekli virsmas slānis, kas veidojas, kad titāns tiek karsēts virs aptuveni 590–620 grādiem skābekļa klātbūtnē. Šis slānis ir ārkārtīgi ciets un abrazīvs, samazinot elastības un noguruma īpašības, vienlaikus apgrūtinot turpmāko apstrādi.
Minimizācijas stratēģijas:
Izmantojiet pēc iespējas īsākos sildīšanas laikus temperatūrā, lai ierobežotu skābekļa difūziju
Saglabājiet precīzu temperatūras kontroli, jo oksidācijas ātrums palielinās eksponenciāli līdz ar temperatūru
Vakuuma apstrāde pilnībā novērš alfa apvalka veidošanos, un nav nepieciešama virsmas noņemšana pēc-apstrādes
Noņemšanas prasības:Ja termiskās apstrādes laikā ne{0}}vakuuma vai netīrā inertā atmosfērā veidojas alfa apvalks, piesārņotais slānis ir pilnībā jānoņem, pirms komponents tiek nodots ekspluatācijā. Izņemšanas metodes ietver:
Mehāniskā apstrāde: Ieteicams veikt dziļus griezumus, lai uzlabotu instrumenta kalpošanas laiku, jo alfa korpuss ir ļoti abrazīvs
Ķīmiskā kodināšana: HF-HNO₃ šķīdumi var izšķīdināt trauslo slāni
Abrazīvās metodes: Smilšu strūklu vai slīpēšana (kam seko kodināšana pilnīgai noņemšanai)
Pilnīgas noņemšanas pārbaudi var veikt, kodinot ar amonija bifluorīda šķīdumu-gaiši pelēka krāsa norāda uz atlikušo alfa korpusu, savukārt tumši pelēkā krāsa norāda uz tīru parasto metālu.
3. Ūdeņraža trausluma novēršana
Ūdeņraža piesārņojums ir īpaši bīstams titāna sakausējumiem, jo tas ātri izkliedējas caur metāla režģi, potenciāli ietekmējot visu sastāvdaļu, nevis tikai virsmu. Ūdeņraža saturs, kas pārsniedz 150 ppm, var izraisīt zemas temperatūras trauslumu, veidojoties hidrīdam.
Profilakses pasākumi:
Nodrošiniet, lai krāsns atmosfēra būtu pilnīgi sausa; mitrums augstā temperatūrā disociējas, veidojot ūdeņradi un skābekli
Izvairieties no eļļas, smērvielu un ogļūdeņražu piesārņojuma uz detaļām un krāsns virsmām, jo nepilnīga sadegšana rada ūdeņradi
Uzturēt oksidējošu vai neitrālu atmosfēru; reducējošā atmosfēra veicina ūdeņraža absorbciju
Pirms termiskās apstrādes jebkurām tīrīšanas darbībām izmantojiet dejonizētu ūdeni; parastais krāna ūdens satur hlorīdus un fluorīdus, kas var izraisīt piesārņojumu
Ūdeņraža noņemšana:Ja tiek konstatēts ūdeņraža piesārņojums (ar vakuuma saplūšanas analīzi), ir nepieciešama dehidrogenēšanas apstrāde. Karsēšana 705–815 grādi (1300–1500 °F) vakuumā, kas nepārsniedz vienu mikronu, var samazināt ūdeņraža saturu. Izņemšanas ātrums ir atkarīgs no komponenta biezuma, ģeometrijas, laika un temperatūras. Metāla un krāsns virsmām jābūt tīrām un bez oksīdiem-, lai nodrošinātu efektīvu dehidrogenēšanu.
4. Virsmas tīrība un piesārņotāju noņemšana
Pirms termiskās apstrādes titāna plākšņu sastāvdaļas ir rūpīgi jānotīra, lai noņemtu visus virsmas piesārņotājus, kas varētu izraisīt degradāciju:
Aizliegtie piesārņotāji:
Pirkstu nospiedumi: Ķermeņa eļļas satur hlorīdus un citus savienojumus, kas var izraisīt sprieguma korozijas plaisāšanu
Hlorēti šķīdinātāji: Pat tīrīšanas līdzekļu atliekas var izraisīt sprieguma korozijas plaisāšanu virs aptuveni 230 grādiem (450 grādiem F)
Ogļūdeņraži: Eļļa un tauki ir galvenie trausluma cēloņi termiskās apstrādes laikā
Bezūdens metanols: Izraisa sprieguma korozijas plaisāšanu titāna sakausējumos; ja ir jāizmanto metanols, tas jāatšķaida ar dejonizētu ūdeni attiecībā 50:50, lai gan daudzi ražotāji to pilnībā izvairās
Fluorūdeņražskābe un koncentrētas stiprās skābes: Tie ļoti korodē titānu, un no tiem ir stingri jāizvairās
Ieteicamās tīrīšanas metodes:
Tīrīšanas šķīdumi uz slāpekļskābes- vai sārmu bāzes
Izopropanols kā alternatīvs organiskais šķīdinātājs (neizraisa stresa koroziju)
Dejonizēta ūdens skalošana pēc visām tīrīšanas darbībām
Pārbaudiet, vai parauga daļās, kas iztīrītas skābes vannās, nav ūdeņraža uzsūkšanās
5. Temperatūras un laika kontrole
Precīza temperatūras kontrole ir būtiska, jo šķīduma temperatūra spēcīgi ietekmē titāna sakausējumu metalurģiju un galīgās īpašības:
Rekristalizācijas atkausēšana: Ti-6Al-4V parasti veic aptuveni 730 grādos
Stresa mazināšanas rūdīšana: parasti veic 500–650 grādu leņķī
Šķīduma apstrāde: Temperatūras izvēle ir atkarīga no konkrētā sakausējuma sastāva un vēlamās mikrostruktūras; skatiet sakausējuma{0}}specifiskās datu lapas
Mērcēšanas laiks temperatūrā jāsamazina līdz minimumam, lai novērstu:
Pārmērīga graudu augšana, kas samazina stingrību un elastību
Dziļa skābekļa difūzija un bieza alfa korpusa veidošanās
Ūdeņraža uztveršana no atmosfēras piesārņotājiem
Plānotu plākšņu sekciju deformācija
Temperatūras vienmērīgums visā krāsns kamerā ir ļoti svarīgs plākšņu komponentiem, lai nodrošinātu konsekventu mikrostruktūru un mehāniskās īpašības visā detaļā.
6. Pēc-termiskās apstrādes
Oksīda plēves novērtējums:Pēc termiskās apstrādes inertā gāzē vai vakuumā virsmas oksīda krāsa norāda piesārņojuma līmeni:
Gaiši dzeltena oksīda plēve: var būt pieņemams bez noņemšanas
Gaiši zila, zila vai pelēka oksīda plēve: Jānoņem saskaņā ar specifikācijām
Dzesēšanas prasības:Lai samazinātu termisko triecienu un virsmas oksidāciju, saskaņā ar dažiem aerokosmiskajiem standartiem vakuuma termiski apstrādātām{0}}detaļām ir ieteicama gaisa dzesēšana zem 200 grādiem pirms pakļaušanas apkārtējai atmosfērai.
Mehāniskā pārbaude:Termiskās apstrādes efektivitāte ir jāpārbauda ar atbilstošiem mehāniskiem testiem, nevis tikai ar cietības testu, jo korelācija starp stiprību un cietību titāna sakausējumos ir vāja. Pārbaudāmos paraugus var izgriezt no reprezentatīviem paraugiem vai detaļu tehnoloģiskajām pielaidēm.
7. Īpaši apsvērumi attiecībā uz plānām plāksnēm un loksnēm
Titāna plākšņu un lokšņu komponenti rada īpašas problēmas:
Izkropļojumu kontrole: Plānās daļas ir pakļautas deformācijai sildīšanas un dzesēšanas laikā; svarīga ir pareiza stiprināšana un vienmērīga apkure
Pavasaris-atpakaļ: titāna zemais elastības modulis un augstā izturība izraisa ievērojamu atsperšanos-aukstās formēšanas laikā; Sarežģītām formām priekšroka dodama karstajai formēšanai
Ātra sildīšana/dzesēšana: Plānās plāksnes ātri uzsilst un atdziest, un ir nepieciešams precīzs laiks, lai sasniegtu vēlamo mikrostruktūru bez pārmērīgas graudu augšanas vai atlikušā sprieguma
Virsmas laukuma-pret-tilpuma attiecība: Augstākas attiecības palielina jutību pret atmosfēras piesārņojumu, padarot atmosfēras kontroli vēl kritiskāku
