Titano lydinio kalimo defektai: priežastys, nustatymas ir prevencija

Kodėl titano kalimas yra mažiau atlaidus nei plieno

Titanas kaliasi siaurame temperatūros lange ir prastai praleidžia šilumą, todėl skirtumai tarp ruošinio paviršiaus ir centro yra didesni nei būtų pliene. Alfa ir alfa-beta lydiniai yra ypač jautrūs perkaitimui, o dėl blogo šildymo ciklo atsiradę defektai dažnai nepataisomi. Niekas negali paaiškinti, kokius defektus galima taisyti, o kurie reiškia, kad dalis yra laužas.

Beta trapumas dėl perkaitimo

Beta trapumas atsiranda dėl perkaitimo. Alfa ir alfa-beta lydiniuose, ypač alfa-beta klasėse, kalimo temperatūra virš beta transuso sukuria stambią, lygiagretę ankstesnę -beta grūdelių struktūrą, o alfa nusodinama palei grūdelių ribas ir dryžuotą intrakristalinę struktūrą. Kambario temperatūros plastiškumas smarkiai krenta. Tai klasikinis perkaitimo ženklas.

Perkaitimo negalima ištaisyti termiškai apdorojant. Struktūra turi būti suskaidyta perdirbant medžiagą, esančią žemiau beta transus, ir tik tuo atveju, jei tai leidžia kalimo geometrija ir likusios medžiagos. Prevencija priklauso nuo krosnies valdymo: laikykite krosnies temperatūrą tinkamoje juostoje, reguliariai apžiūrėkite kamerą, padėkite įkrovą taip, kad ruošiniai nebūtų per arti kaitinimo elementų, naudokite pertvaras iš abiejų pusių atspariai{2}}kaitinamose krosnyse, kad išvengtumėte vietinio perkaitimo, ir apribokite įkrovos dydį. Faktinio lydinio šilumos beta transuso matavimas kiekvienoje krosnyje yra dar viena veiksminga apsauga, nes transusas juda kartu su intersticiniu turiniu.

Lokalizuota stambiagrūdė

Kalimo plaktuku ir presavimo štampuose prastas titano šilumos laidumas reiškia, kad ruošinio paviršius stipriai atšąla, kai liečiasi su štampu, o trintis tarp ruošinio ir viršutinio bei apatinio štampų koncentruoja deformaciją ruošinio viduryje. Paviršius mažiau deformuojasi, išlieka pirminė jo struktūra, susidaro lokaliai stambiagrūdė juosta.

Tai sprendžia trys priemonės. Išankstinio kalimo operacija tolygiau paskirsto deformaciją apdailos eigoje. Geresnis tepimas sumažina trintį tarp ruošinio ir matricos. Kruopštus štampų pašildymas sumažina temperatūros kritimą, kurį ruošinys patiria pernešimo ir kontakto metu.

Paviršiaus įtrūkimai

Paviršiaus įtrūkimai atsiranda daugiausia tada, kai apdailos temperatūra nukrenta žemiau visos lydinio perkristalizacijos temperatūros. Kalimo metu įprasta priežastis yra pernelyg ilgas ruošinio ir štampavimo kontakto laikas: kadangi titanas prastai praleidžia šilumą, paviršius gali nukristi žemiau leistinos apdailos temperatūros, kol centras dar karštas. Stiklo tepalas presuojant štampą ir sutrumpintas sąlyčio laikas tarp ruošinio ir apatinio plaktuko kalimo yra standartinės priemonės. Įtrūkimai yra negilūs ir kartais gali būti pašalinti maišant, tačiau tik neviršijant brėžinyje ir galiojančiose kalimo specifikacijose nustatytų ribų.

Išlaikyta liejimo struktūra

Kai luitas yra nukaldintas nepakankamai redukuojant arba netinkama seka, liejimo konstrukcija išlieka paruošta. Priemonė pagrįsta procesu-, o ne patikrinimu-: padidinkite kalimo santykį ir naudokite pakartotinį suardymą ir piešimą, kad išlieti dendritai būtų suskaidyti, o srauto linijos atitiktų dalies kontūrą. Kaltinys su išlikusia liejimo struktūra rodo būdingą makrostruktūrą ant perpjauto ir išgraviruoto bandinio.

Ryškios juostos

Ryškios juostos matomos mažo{0}}didinimo makrostruktūroje kaip skirtingo ryškumo ruožai nuo aplinkinio metalo. Priklausomai nuo apšvietimo kampo, jie gali atrodyti šviesesni arba tamsesni nei pagrindinė medžiaga. Skersiniame pjūvyje jie rodomi kaip taškai arba dribsniai; išilginėje pjūvyje jie driekiasi lygiais dryžiais, kurių ilgis gali būti nuo dešimties milimetrų iki kelių metrų.

Yra dvi priežastys. Pirmasis yra cheminis atskyrimas lydinyje, paprastai elementų, turinčių įtakos reakcijai į ėsdinimą. Antrasis yra deformacijos kaitinimas kalimo metu, kai temperatūra per daug skiriasi įvairiuose ruošinio taškuose. Ryškios juostos blogina plastiškumą ir veikimą aukštoje -temperatūroje, todėl prevencija reiškia segregacijos kontrolę lydymosi stadijoje ir terminio kalimo parametrų, kaitinimo temperatūros, deformacijos laipsnio ir deformacijos greičio parinkimą, kad temperatūra būtų kontroliuojama.

Alfa dėklas

Alfa trapumas sluoksnis susidaro, kai deguonis ir azotas aukštoje temperatūroje difunduoja į vidų per laisvą oksido nuosėdą, padidindami paviršiaus metalo intersticinį kiekį. Didėjant deguonies ir azoto kiekiui paviršiuje, didėja ir alfa fazės dalis, kol paviršinis sluoksnis gali būti visiškai alfa. Tas sluoksnis yra kietas ir trapus, o ant ruošinio ar kaltinio vėliau deformuojantis jis gali įtrūkti.

Storis priklauso nuo krosnies tipo, krosnies dujų pobūdžio, kaitinimo temperatūros ir laikymo trukmės. Storis didėja didėjant temperatūrai, laikymo laikui ir deguonies bei azoto kiekiui krosnies atmosferoje. Alfa, beta ir alfa-beta lydiniai gali sudaryti sluoksnį, o alfa lydiniai yra ypač linkę į jį; beta lydiniai tam atsparūs, kol įkaista daugiau nei maždaug 980 laipsnių. Sluoksnis turi būti pašalintas beicuojant arba apdirbant, o kalimo brėžinyje leistinas gylis yra tikras matmuo, netoleruojantis laisvumo.

Vandenilio trapumas

Veikia du mechanizmai. Esant deformacijai-senėjimo tipo trapumui, vandenilio atomai intersticinėse gardelės vietose difunduoja veikiami įtempių ir laikui bėgant susikaupia įtempių koncentracijoje, užfiksuodami išnirimus, kad jie negalėtų laisvai judėti, o matrica tampa trapi. Hidrido tipo trapumo atveju vandenilis, ištirpęs aukštoje temperatūroje, krintant temperatūrai nusėda hidrido pavidalu ir sutrupina lydinį. Abu gali atsirasti titane ir jo lydiniuose.

Abiem atvejais pagrindinė priežastis yra per didelis vandenilio kiekis, todėl pramoniniuose titano lydiniuose turi būti 0,015 % arba mažiau. Prevencija kalimo ir terminio apdorojimo metu reiškia šiek tiek oksiduojančios krosnies atmosferos naudojimą, o ten, kur vandenilis jau viršija ribą, vakuuminis atkaitinimas yra būdas jį pašalinti. Vandenilio kiekis gatavame gaminyje matuojamas inertinių dujų lydant pagal ASTM E1447, o kalimo sertifikate turėtų būti nurodytas rezultatas, o ne tikslas.

Aptikimas ir priėmimas

ASTM B381 apima titano lydinio kaltinius ir nustato kokybės klases bei tikrinimo reikalavimus, kuriuos galima nurodyti pirkimo užsakyme; AMS 4928 apima Ti-6Al-4 V strypą, kalimo medžiagas ir kalimo kelią, naudojamą aviacijos ir kosmoso darbuose. Mechaninis priėmimas atliekamas atliekant tempimo bandymą pagal ASTM E8/E8M, atliekant karštų dalių tempimo ir plyšimo įtempių bandymus aukštesnėje temperatūroje. Vidinis tvirtumas paprastai patikrinamas ultragarsu, o paviršiaus būklė – skvarbiu tyrimu. Alfa atvejis ir mikrostruktūra patikrinami ant atskirų kuponų, pagamintų iš aukos arba kvalifikacijos kalimo.

Dažnai užduodami klausimai

Q:Ar perkaitusį titano kalinį galima išgelbėti pakartotinai{0}}termiškai apdorojant?
A: Ne. Stambios transformuotos struktūros negalima pakeisti vien termiškai apdorojant. Atkūrimui reikalinga plastinė deformacija žemiau beta transuso ir tik ten, kur tai leidžia geometrija ir likusios atsargos.

Q:Kodėl titanas kaliamas siauresniu langu nei plienas?
A. Kadangi beta transusas nustato griežtą viršutinę ribą, o dėl mažo šilumos laidumo paviršiaus -ir-centro temperatūros skirtumas yra didelis. Naudojamas langas dar labiau sumažinamas, nes reikia užbaigti aukštesnę nei rekristalizacijos temperatūrą.

Q:Koks didžiausias leistinas vandenilio kiekis?
A: 0,015 % pramoniniams titano lydiniams. Virš šio lygio tiek deformacijos-senėjimas, tiek hidrido tipo trapumas tampa tikra rizika, todėl norint ją sumažinti, reikalingas vakuuminis atkaitinimas.

Q:Ar beta lydiniai sudaro alfa korpusą?
A. Jie atsparesni jam geriau nei alfa ir alfa{0}}beta lydiniai ir nesudarys sluoksnio, kol neįkaitins daugiau nei 980 laipsnių. Alfa lydiniai yra jautriausi ir jiems reikia griežčiausios atmosferos kontrolės.

Q:Kokio gylio yra alfa korpusas ant tipiško kaltinio?
A: Gylis priklauso nuo temperatūros, laiko ir krosnies atmosferos. Jis turi būti pašalintas ėsdinant arba apdirbant, o tempimo pašalpa paveiktam gyliui yra proceso reikalavimas, o ne tolerancija.

Q:Kas sukelia ryškias juostas kaltinėje titano makrostruktūroje?
A: Cheminis atskyrimas lydinyje arba per dideli temperatūros pokyčiai dėl deformacijos kaitinimo kalimo metu. Ir mažina plastiškumą, ir veikimą aukštoje{1}}temperatūroje, taip pat yra kontroliuojami lydymosi ir presavimo metu.