Peamised ettevaatusabinõud titaanplaadi komponentide kuumtöötlemisel
1. Atmosfääri juhtimine: esmane mure
Titaani äärmuslik keemiline reaktsioonivõime kõrgel temperatuuril muudab atmosfääri reguleerimise kuumtöötlemise kõige kriitilisemaks teguriks. Erinevalt terasest ei saa titaani kaitsta tavapäraste atmosfääridega, nagu vesinik, süsinikmonooksiid või krakitud ammoniaak, kuna see reageerib kergesti nende gaasidega.
Vaakumpahi (eelistatud):Vaakumkuumtöötlus on titaanplaadi komponentide jaoks optimaalne valik. See tagab kõrgeima kaitsetaseme, eemaldades peaaegu kõik atmosfäärigaasid, mitte neid lihtsalt asendades. Vaakumlõõmutamiseks tuleb töörõhku üldiselt hoida vähemalt 2 × 10⁻3 Pa, et vältida liiga madalast rõhust põhjustatud vaakumpinna korrosiooni. Mõned rakendused kasutavad osarõhu reguleerimiseks kõrge-puhtusastmega argooni.
Inertgaasi atmosfäär:Kui vaakumahjud pole saadaval, võib kõrge{0}}puhtusastmega argooni või heeliumi atmosfäär pakkuda piisavat kaitset. Kuid isegi need inertgaasid peavad saastumise vältimiseks olema kõrgelt puhastatud-niiskuse ja lisandijälgedeta-. Üldjuhul nõutakse vähemalt 99,99% argooni puhtust, kuigi kriitiliste kosmoserakenduste jaoks võib olla vajalik kõrgem puhtus.
Elektriküttega ahjud:Elektriahjud on tungivalt soovitatavad kütuse{0}}küttega ahjude asemel. Kütuse-küttel töötavad ahjud tekitavad vesinikku ja niiskust sisaldavaid põlemise kõrvalprodukte, mis võivad saastada titaani. Kui tuleb kasutada kütuse-küttega ahjusid, tuleb atmosfäär hoida neutraalsena või kergelt oksüdeerivana, mitte kunagi redutseerivana, kuna redutseeriv atmosfäär soodustab vesiniku moodustumist.
Ahju puhastamine:Varem terase atmosfäärikuumtöötlemiseks kasutatud ahjusid tuleb enne titaani töötlemist mitu tundi põhjalikult puhastada ettenähtud gaasiga. Mõranenud ammoniaagi või muu terase{1}}töötluskeskkonna vesiniku jääk võib jääda tulekindlatesse pragudesse ja saastada titaani osi. Õhuga-puhutavate ahjude puhul on soovitatav kasutada märkimisväärse mahu ja kestusega (nt 150 kuupjalga minutis 4 tunni jooksul) õhu-puhastust.
2. Alfa-juhtumite tekke vältimine
Alfakest on habras hapnikuga{0}}rikastatud pinnakiht, mis tekib siis, kui titaani kuumutatakse hapniku juuresolekul üle 590–620 kraadi. See kiht on äärmiselt kõva ja abrasiivne, vähendades elastsust ja väsimusomadusi, raskendades samal ajal järgnevat töötlemist.
Minimeerimisstrateegiad:
Kasutage võimalikult lühikest kuumutamisaega temperatuuril, et piirata hapniku difusiooni
Säilitage täpne temperatuuri kontroll, kuna oksüdatsioonikiirus suureneb plahvatuslikult koos temperatuuriga
Vaakumtöötlemine välistab täielikult alfa-korpuse moodustumise, ei nõua{0}}töötlusjärgset pinna eemaldamist
Eemaldamise nõuded:Kui mitte--vaakumis või ebapuhtas inertses keskkonnas kuumtöötlemisel moodustub alfakest, tuleb saastunud kiht enne komponendi kasutuselevõttu täielikult eemaldada. Eemaldamise meetodid hõlmavad järgmist:
Mehaaniline töötlemine: Tööriista eluea pikendamiseks on soovitatav teha sügavaid lõikeid, kuna alfakorpus on väga abrasiivne
Keemiline marineerimine: HF-HNO₃ lahused võivad hapra kihi lahustada
Abrasiivsed meetodid: liivapritsiga töötlemine või lihvimine (millele järgneb peitsimine täielikuks eemaldamiseks)
Täielikku eemaldamist saab kontrollida ammooniumbifluoriidi lahusega söövitamise teel-helehall värvus näitab allesjäänud alfa-tähte, tumehall aga puhast mitteväärismetalli.
3. Vesiniku murenemise vältimine
Vesiniku saastumine on eriti ohtlik titaanisulamitele, kuna see hajub kiiresti läbi metallvõre, mõjutades potentsiaalselt kogu komponenti, mitte ainult pinda. Vesinikusisaldus, mis ületab 150 ppm, võib hüdriidi moodustumise tõttu põhjustada madalal temperatuuril{2}}haprust.
Ennetusmeetmed:
Veenduge, et ahju õhkkond oleks täiesti kuiv; niiskus dissotsieerub kõrgel temperatuuril, moodustades vesiniku ja hapniku
Vältige õlide, rasvade ja süsivesinike saasteainete sattumist osadele ja ahju pindadele, kuna mittetäieliku põlemise korral tekib vesinik
Säilitada oksüdeerivat või neutraalset atmosfääri; vähendav atmosfäär soodustab vesiniku imendumist
Kasutage enne kuumtöötlust puhastamiseks deioniseeritud vett; tavaline kraanivesi sisaldab kloriide ja fluoriide, mis võivad põhjustada saastumist
Vesiniku eemaldamine:Kui tuvastatakse vesiniku saastumine (vaakumfusioonianalüüsi abil), on vajalik dehüdrogeenimine. Kuumutamine temperatuuril 705–815 kraadi (1300–1500 kraadi F) ühe mikroni või vähema vaakumiga võib vähendada vesiniku sisaldust. Eemaldamise kiirus sõltub komponendi paksusest, geomeetriast, ajast ja temperatuurist. Tõhusaks dehüdrogeenimiseks peavad metall- ja ahjupinnad olema puhtad ja -oksiidivabad.
4. Pinna puhtus ja saasteainete eemaldamine
Enne kuumtöötlemist tuleb titaanplaadi komponendid hoolikalt puhastada, et eemaldada kõik pinnasaasteained, mis võivad kahjustada:
Keelatud saasteained:
Sõrmejäljed: Kehaõlid sisaldavad kloriide ja muid ühendeid, mis võivad põhjustada pingekorrosioonipragusid
Klooritud lahustid: Isegi puhastusvahendite jäägid võivad põhjustada pingekorrosioonipragusid üle ligikaudu 230 kraadi (450 kraadi F)
Süsivesinikud: Õli ja rasv on kuumtöötlemise ajal hapruse peamised põhjused
Veevaba metanool: põhjustab titaanisulamites pingekorrosioonipragusid; kui metanooli tuleb kasutada, tuleks seda lahjendada deioniseeritud veega vahekorras 50:50, kuigi paljud tootjad seda täielikult väldivad
Vesinikfluoriidhape ja kontsentreeritud tugevad happed: need söövitavad tugevalt titaani ja neid tuleb rangelt vältida
Soovitatavad puhastusmeetodid:
Lämmastikhappe{0}}põhised või leeliselised puhastuslahused
Isopropanool alternatiivse orgaanilise lahustina (ei põhjusta pingekorrosiooni)
Deioniseeritud veega loputamine pärast kõiki puhastustoiminguid
Veenduge, et happevannides puhastatud prooviosad ei kogune vesinikku
5. Temperatuuri ja aja juhtimine
Täpne temperatuuri reguleerimine on oluline, kuna lahuse temperatuur mõjutab tugevalt titaanisulamite metallurgiat ja lõppomadusi:
Ümberkristallimine lõõmutamine: Ti-6Al-4V puhul teostatakse tavaliselt ligikaudu 730 kraadi juures
Stressi leevendav lõõmutamine: Tavaliselt viiakse läbi 500–650 kraadi juures
Lahuse ravi: Temperatuuri valik sõltub konkreetsest sulami koostisest ja soovitud mikrostruktuurist; vaadake sulami{0}}spetsiifilisi andmelehti
Leotamisaeg temperatuuril tuleb minimeerida, et vältida:
Liigne terakasv, mis vähendab sitkust ja elastsust
Sügav hapniku difusioon ja paks alfa korpuse moodustumine
Vesiniku kogumine atmosfääri saasteainete jälgedest
Õhukeste plaadiosade moonutamine
Temperatuuri ühtlus kogu ahjukambris on plaadikomponentide jaoks kriitiline, et tagada kogu osa ühtlane mikrostruktuur ja mehaanilised omadused.
6. Kuumtöötlemise-järgne käsitlemine
Oksiidkile hindamine:Pärast kuumtöötlemist inertgaasis või vaakumis näitab pinnaoksiidi värvus saastatuse taset:
Helekollane oksiidkile: Võib olla vastuvõetav ilma eemaldamiseta
Helesinine, sinine või hall oksiidkile: Tuleb eemaldada vastavalt spetsifikatsioonidele
Jahutusnõuded:Vaakumkuumutusega{0}}töödeldud komponentide puhul soovitatakse mõnede kosmosestandardite kohaselt jahutada õhku alla 200 kraadi enne kokkupuudet ümbritseva õhuga, et minimeerida termilist šokki ja pinna oksüdatsiooni.
Mehaaniline testimine:Kuumtöötlemise tõhusust tuleks kontrollida sobivate mehaaniliste testidega, mitte ainult kõvaduse testimisega, kuna titaanisulamite tugevuse ja kõvaduse vaheline korrelatsioon on halb. Katsekehasid võib lõigata representatiivsetest proovidest või osade tehnoloogilistest vahenditest.
7. Erikaalutlused õhukeste plaatide ja lehtede puhul
Titaanplaadi ja lehe komponendid kujutavad endast spetsiifilisi väljakutseid:
Moonutuste juhtimine: õhukesed osad võivad kuumutamisel ja jahutamisel kõverduda; õige kinnitus ja ühtlane kuumutamine on olulised
Kevad{0}}tagasi: titaani madal elastsusmoodul ja suur tugevus põhjustavad külmvormimise ajal märkimisväärset tagasivedu-; Keeruliste kujundite puhul võib eelistada kuumvormimist
Kiire kuumutamine/jahutus: õhukesed plaadid kuumenevad ja jahtuvad kiiresti, vajades täpset ajastust, et saavutada soovitud mikrostruktuur ilma liigse terade kasvu või jääkpingeta
Pindala -ja-mahu suhe: Kõrgemad suhted suurendavad vastuvõtlikkust atmosfääri saastumisele, muutes atmosfääri kontrolli veelgi kriitilisemaks
