Кључне мере предострожности током термичке обраде компоненти титанијумске плоче
1. Контрола атмосфере: Примарна брига
Екстремна хемијска реактивност титанијума на повишеним температурама чини контролу атмосфере најкритичнијим фактором у топлотној обради. За разлику од челика, титанијум се не може заштитити конвенционалном атмосфером као што су водоник, угљен моноксид или крекирани амонијак, јер лако реагује са овим гасовима.
Вакумска пећ (пожељно):Вакумска топлотна обрада је оптималан избор за компоненте титанијумске плоче. Пружа највиши ниво заштите тако што уклања практично све атмосферске гасове уместо да их само замењује. За вакуумско жарење, радни притисак генерално треба одржавати на најмање 2×10⁻³ Па да би се избегла корозија вакуумске површине узрокована претерано ниским притиском. Неке апликације користе аргон високе{5}}чистоће за контролу парцијалног притиска.
Атмосфера инертног гаса:Када вакуумске пећи нису доступне, атмосфере аргона или хелијума високе{0} чистоће могу да пруже адекватну заштиту. Међутим, чак и ови инертни гасови морају бити високо пречишћени-без влаге и нечистоћа у траговима-да би се спречила контаминација. Генерално је потребна чистоћа аргона од најмање 99,99%, иако је већа чистоћа можда неопходна за критичне примене у ваздухопловству.
Електрично грејане пећи:Електричне пећи се топло препоручују у односу на пећи на{0}}гориво. Пећи на гориво- производе нуспроизводе сагоревања који садрже водоник и влагу, који могу да контаминирају титанијум. Ако се морају користити -пећи на гориво, атмосфера треба да буде неутрална или благо оксидирајућа-без редоследа, јер редукционе атмосфере подстичу стварање водоника.
Прочишћавање пећи:Пећи које су претходно коришћене за атмосферску топлотну обраду челика морају се темељито испухати неколико сати предвиђеним гасом пре обраде титанијума. Преостали водоник из напукнутог амонијака или атмосфере за третман других челика- може остати у ватросталним пукотинама и контаминирати делове од титанијума. За пећи са дуваним ваздухом-препоручује се одзрачивање-приличне запремине и трајања (нпр. 150 кубних стопа у минути током 4 сата).
2. Превенција формирања алфа случаја
Алфа кућиште је крхки површински слој-обогаћен кисеоником који се развија када се титанијум загреје изнад приближно 590–620 степени у присуству кисеоника. Овај слој је изузетно тврд и абразиван, смањујући својства дуктилности и замора док отежава накнадну машинску обраду.
Стратегије минимизације:
Користите најкраће могуће време загревања на температури да бисте ограничили дифузију кисеоника
Одржавајте прецизну контролу температуре, јер се стопе оксидације експоненцијално повећавају са температуром
Вакумски третман у потпуности елиминише формирање алфа кућишта, не захтевајући уклањање површине после-третмана
Услови за уклањање:Ако се алфа кућиште формира током термичке обраде у не-вакуумској или нечистој инертној атмосфери, контаминирани слој мора бити потпуно уклоњен пре него што компонента почне да користи. Методе уклањања укључују:
Машинска обрада: Дубоки резови се препоручују да би се продужио век алата, пошто је алфа кућиште веома абразивно
Хемијско кисељење: ХФ-ХНО₃ раствори могу да растворе крхки слој
Абразивне методе: Пескарење или брушење (после тога кисељење ради потпуног уклањања)
Потврђивање потпуног уклањања може да се обави нагризањем раствором амонијум бифлуорида-светлосива боја означава преостали алфа случај, док тамно сива означава чист основни метал.
3. Спречавање кртости водоником
Контаминација водоником је посебно опасна за легуре титанијума јер брзо дифундује кроз металну решетку, потенцијално утичући на целу компоненту, а не само на површину. Садржај водоника који прелази 150 ппм може довести до кртости на ниској{2}}температури услед формирања хидрида.
Мере превенције:
Уверите се да је атмосфера у пећи савршено сува; влага се на високим температурама дисоцира и формира водоник и кисеоник
Избегавајте загађиваче уља, масти и угљоводоника на деловима и површинама пећи, јер непотпуно сагоревање производи водоник
Одржавати оксидирајућу или неутралну атмосферу; редукујуће атмосфере промовишу апсорпцију водоника
Користите дејонизовану воду за све операције чишћења пре термичке обраде; обична вода из славине садржи хлориде и флуориде који могу изазвати контаминацију
Уклањање водоника:Ако се открије контаминација водоником (преко анализе вакуумске фузије), неопходан је третман дехидрогенацијом. Загревање на 705–815 степени (1300–1500 степени Ф) у вакууму од једног микрона или мање може смањити садржај водоника. Брзина уклањања зависи од дебљине компоненте, геометрије, времена и температуре. Металне површине и површине пећи морају бити чисте и без оксида-за ефикасну дехидрогенацију.
4. Чистоћа површине и уклањање загађивача
Пре термичке обраде, компоненте титанијумске плоче морају бити пажљиво очишћене како би се уклонили сви површински загађивачи који могу изазвати деградацију:
Забрањени загађивачи:
Отисци прстију: Уља за тело садрже хлориде и друга једињења која могу да изазову пуцање корозије под напоном
Хлоровани растварачи: Чак и остаци средстава за чишћење могу да изазову пуцање корозије под напрезањем изнад приближно 230 степени (450 степени Ф)
Угљоводоници: Уље и маст су водећи узроци кртости током термичке обраде
Анхидровани метанол: Изазива корозионо пуцање у легурама титанијума; ако се мора користити метанол, треба га разблажити 50:50 са дејонизованом водом, иако га многи произвођачи у потпуности избегавају
Флуороводонична киселина и концентроване јаке киселине: Они јако кородирају титанијум и морају се строго избегавати
Препоручене методе чишћења:
Раствори за чишћење на бази азотне киселине{0}}или алкални
Изопропанол као алтернативни органски растварач (не изазива стресну корозију)
Испирање дејонизованом водом након свих операција чишћења
Проверите да делови узорка очишћени у киселим купатилима не показују хватање водоника
5. Контрола температуре и времена
Прецизна контрола температуре је неопходна због снажног утицаја температуре раствора на металургију и коначна својства легура титанијума:
Рекристализационо жарење: Обично се изводи на приближно 730 степени за Ти-6Ал-4В
Жарење за ублажавање стреса: Обично се изводи на 500–650 степени
Третман раствором: Избор температуре зависи од специфичног састава легуре и жељене микроструктуре; консултујте листове са{0}}специфичним легурама
Време намакања на температури мора бити сведено на минимум како би се спречило:
Прекомерни раст зрна, што смањује жилавост и дуктилност
Дубока дифузија кисеоника и формирање дебелог алфа кућишта
Сакупљање водоника из атмосферских загађивача у траговима
Изобличење пресека танких плоча
Уједначеност температуре у целој комори пећи је критична за компоненте плоча како би се обезбедила конзистентна микроструктура и механичка својства у целом делу.
6. Руковање након-термичке обраде
Процена оксидног филма:Након топлотне обраде у инертном гасу или вакууму, боја површинског оксида указује на ниво контаминације:
Светло жути оксидни филм: Може бити прихватљиво без уклањања
Светлоплави, плави или сиви оксидни филм: Мора се уклонити у складу са спецификацијама
Захтеви за хлађење:За компоненте које су обрађене вакуумом термички{0}}, неки стандарди за ваздухопловство препоручују хлађење ваздухом испод 200 степени пре излагања амбијенталној атмосфери да би се смањили топлотни удар и површинска оксидација.
механичко испитивање:Ефикасност термичке обраде треба да се провери одговарајућим механичким тестовима, а не само испитивањем тврдоће, пошто је корелација између чврстоће и тврдоће у легурама титанијума лоша. Узорци за испитивање могу бити исечени из репрезентативних узорака или технолошких додатака на деловима.
7. Посебна разматрања за танку плочу и лим
Компоненте плоча и лима од титанијума представљају специфичне изазове:
Контрола изобличења: Танки профили су склони савијању током грејања и хлађења; правилно причвршћивање и равномерно грејање су неопходни
Пролеће-назад: Низак модул еластичности и висока чврстоћа титанијума узрокују значајно пролеће-назад током хладног обликовања; топло обликовање може бити пожељније за сложене облике
Брзо загревање/хлађење: Танке плоче се брзо загревају и хладе, захтевајући прецизно време да би се постигла жељена микроструктура без претераног раста зрна или преосталог напрезања
Однос површине{0}}и-запремине: Већи односи повећавају осетљивост на атмосферску контаминацију, чинећи контролу атмосфере још критичнијом
