Főbb óvintézkedések a titánlemez alkatrészek hőkezelése során
1. Légkörszabályozás: Az elsődleges szempont
A titán rendkívüli kémiai reakciókészsége magas hőmérsékleten a légkör szabályozását teszi a hőkezelés legkritikusabb tényezőjévé. Az acéllal ellentétben a titán nem védhető hagyományos atmoszférákkal, például hidrogénnel, szén-monoxiddal vagy repedt ammóniával, mivel könnyen reagál ezekkel a gázokkal.
Vákuumos kemence (előnyös):A vákuumos hőkezelés az optimális választás a titánlemez alkatrészekhez. A legmagasabb szintű védelmet nyújtja azáltal, hogy gyakorlatilag az összes légköri gázt eltávolítja, nem pedig pusztán kicseréli őket. Vákuumos izzításnál az üzemi nyomást általában legalább 2×10-3 Pa értéken kell tartani, hogy elkerüljük a túl alacsony nyomás által okozott vákuumfelületi korróziót. Egyes alkalmazások nagy-tisztaságú argont használnak a részleges nyomás szabályozására.
Inert gáz atmoszféra:Ha nem állnak rendelkezésre vákuumkemencék, a nagy-tisztaságú argon- vagy hélium-atmoszféra megfelelő védelmet nyújthat. Azonban még ezeknek az inert gázoknak is nagy tisztaságúnak kell lenniük,-nedvességtől és nyomokban szennyeződésektől mentesnek-a szennyeződés elkerülése érdekében. Általában legalább 99,99%-os argontisztaság szükséges, bár a kritikus űrtechnikai alkalmazásoknál nagyobb tisztaság is szükséges lehet.
Elektromos fűtésű kemencék:Az elektromos kemencék használata erősen ajánlott a tüzelésű{0}}kemencék helyett. Az üzemanyag-tüzelésű kemencék hidrogént és nedvességet tartalmazó égési melléktermékeket termelnek, amelyek szennyezhetik a titánt. Ha tüzelőanyag-tüzelésű kemencéket kell használni, akkor az atmoszférát semlegesen vagy enyhén oxidálóként, soha nem redukálóként kell tartani, mivel a redukáló atmoszféra elősegíti a hidrogén képződését.
A kemence öblítése:A korábban az acél atmoszférikus hőkezelésére használt kemencéket a titán feldolgozása előtt több órán keresztül alaposan át kell öblíteni a kívánt gázzal. A repedt ammónia vagy más acél{1}}kezelési atmoszférából származó maradék hidrogén a tűzálló résekben maradhat, és beszennyezheti a titán alkatrészeket. Légfúvásos kemencéknél jelentős mennyiségű és időtartamú (pl. 150 köbláb/perc 4 órán keresztül) lég-átfúvatás javasolt.
2. Alfa-esetek kialakulásának megelőzése
Az alfa-tok egy rideg, oxigénnel{0}}dúsított felületi réteg, amely akkor alakul ki, amikor a titánt körülbelül 590–620 fok fölé hevítik oxigén jelenlétében. Ez a réteg rendkívül kemény és koptató, csökkenti a hajlékonyságot és a kifáradási tulajdonságokat, miközben bonyolítja a későbbi megmunkálást.
Minimalizálási stratégiák:
Használja a lehető legrövidebb melegítési időt a hőmérsékleten, hogy korlátozza az oxigén diffúzióját
Tartsa fenn a pontos hőmérséklet-szabályozást, mivel az oxidációs sebesség exponenciálisan nő a hőmérséklettel
A vákuumkezelés teljesen kiküszöböli az alfa-tok kialakulását, és nincs szükség{0}}a kezelés utáni felület eltávolítására
Eltávolítási követelmények:Ha alfa-tok képződik a hőkezelés során nem-vákuumban vagy szennyezett inert atmoszférában, a szennyezett réteget teljesen el kell távolítani az alkatrész üzembe helyezése előtt. Az eltávolítási módszerek a következők:
Megmunkálás: Mély vágások javasoltak a szerszám élettartamának növelése érdekében, mivel az alfa tok erősen koptató
Kémiai pácolás: A HF-HNO₃ oldatok feloldhatják a rideg réteget
Csiszoló módszerek: Homokfúvás vagy csiszolás (utána pácolás a teljes eltávolításhoz)
A teljes eltávolítás ellenőrzése ammónium-bifluorid-oldattal végzett maratással ellenőrizhető,{0}}a világosszürke szín a megmaradt alfa-betétet jelzi, míg a sötétszürke a tiszta nem nemesfémet.
3. Hidrogénridegedés megelőzése
A hidrogénszennyeződés különösen veszélyes a titánötvözetek esetében, mert gyorsan átdiffundál a fémrácson, és nem csak a felületet, hanem az egész alkatrészt is érintheti. A 150 ppm-et meghaladó hidrogéntartalom alacsony hőmérsékletű -hibridképződés miatti ridegséghez vezethet.
Megelőző intézkedések:
Győződjön meg arról, hogy a kemence légköre tökéletesen száraz; a nedvesség magas hőmérsékleten disszociál, hidrogént és oxigént képezve
Kerülje az olaj, zsír és szénhidrogén szennyeződéseket az alkatrészeken és a kemence felületén, mivel a tökéletlen égés hidrogént termel
Fenntartani az oxidáló vagy semleges atmoszférát; a redukáló atmoszféra elősegíti a hidrogén felszívódását
A hőkezelés előtt minden tisztítási művelethez ionmentes vizet használjon; a közönséges csapvíz kloridokat és fluoridokat tartalmaz, amelyek szennyeződést okozhatnak
Hidrogén eltávolítás:Ha hidrogénszennyeződést észlelnek (vákuumfúziós elemzéssel), dehidrogénezési kezelésre van szükség. A 705–815 fokos (1300–1500 F) hevítés egy mikronos vagy kisebb vákuumban csökkentheti a hidrogéntartalmat. Az eltávolítási sebesség az alkatrész vastagságától, geometriától, időtől és hőmérséklettől függ. A hatékony dehidrogénezés érdekében a fém és a kemence felületeinek tisztának és oxid-mentesnek kell lenniük.
4. Felületi tisztaság és szennyeződések eltávolítása
A hőkezelés előtt a titánlemez alkatrészeket gondosan meg kell tisztítani, hogy eltávolítsák az összes olyan felületi szennyeződést, amely a leromlást okozhatja:
Tiltott szennyeződések:
Ujjlenyomatok: A testolajok kloridokat és más vegyületeket tartalmaznak, amelyek feszültségkorróziós repedést válthatnak ki
Klórozott oldószerek: Még a tisztítószerek maradványai is feszültségkorróziós repedést okozhatnak körülbelül 230 fok felett.
Szénhidrogének: Az olaj és a zsír a hőkezelés során bekövetkező ridegség fő oka
Vízmentes metanol: Feszültségkorróziós repedést okoz a titánötvözetekben; ha metanolt kell használni, azt 50:50 arányban kell hígítani ionmentes vízzel, bár sok gyártó ezt teljesen elkerüli.
Hidrofluorsav és koncentrált erős savak: Ezek erősen korrodálják a titánt, ezért szigorúan kerülni kell
Javasolt tisztítási módszerek:
Salétromsav-alapú vagy lúgos tisztítóoldatok
Izopropanol, mint alternatív szerves oldószer (nem okoz feszültségkorróziót)
Ionmentesített vizes öblítés minden tisztítási művelet után
Ellenőrizze, hogy a savas fürdőben tisztított mintarészek nem mutatnak-e hidrogénfelvételt
5. Hőmérséklet és időszabályozás
A pontos hőmérséklet-szabályozás elengedhetetlen, mivel az oldat hőmérséklete erősen befolyásolja a titánötvözetek kohászatát és végső tulajdonságait:
Átkristályosítási izzítás: Tipikusan körülbelül 730 fokon hajtják végre a Ti-6Al-4V esetében
Stresszoldó lágyítás: Általában 500-650 fokban hajtják végre
Oldatos kezelés: A hőmérséklet kiválasztása az adott ötvözet összetételétől és a kívánt mikroszerkezettől függ; olvassa el az alloy{0}}specifikus adatlapokat
A hőmérsékleten való áztatási időt minimálisra kell csökkenteni a következők elkerülése érdekében:
Túlzott szemcsenövekedés, ami csökkenti a szívósságot és a hajlékonyságot
Mély oxigéndiffúzió és vastag alfa tok kialakulása
Hidrogénfelvétel a légköri szennyeződések nyomaiból
Vékony lemezszelvények torzulása
A kemence kamrájában a hőmérséklet egyenletessége kritikus fontosságú a lemezalkatrészek számára, hogy biztosítsák az egységes mikroszerkezetet és a mechanikai tulajdonságokat a teljes alkatrészen.
6. A -hőkezelés utáni kezelés
Oxidfilm értékelés:Inert gázban vagy vákuumban végzett hőkezelés után a felületi oxid színe a szennyezettségi szintet jelzi:
Világos sárga oxidfilm: Eltávolítás nélkül is elfogadható
Világoskék, kék vagy szürke oxidfilm: Az előírásoknak megfelelően el kell távolítani
Hűtési követelmények:A vákuumos hőkezelt{0}}komponensek esetében egyes repülési szabványok azt javasolják, hogy a légköri légkörnek való kitétel előtt 200 fok alá hűtse a levegőt a hősokk és a felületi oxidáció minimalizálása érdekében.
Mechanikai vizsgálat:A hőkezelés hatékonyságát megfelelő mechanikai vizsgálatokkal kell ellenőrizni, nem pedig önmagában a keménységi vizsgálattal, mivel a titánötvözetek szilárdsága és keménysége között gyenge az összefüggés. A próbatestek reprezentatív mintákból vagy az alkatrészeken lévő technológiai ráhagyásokból vághatók ki.
7. Különleges szempontok a vékony lemezekhez és lapokhoz
A titán lemez és lemez alkatrészek speciális kihívásokat jelentenek:
Torzítás szabályozás: A vékony részek hajlamosak a fűtés és hűtés során vetemedésre; a megfelelő rögzítés és az egyenletes fűtés elengedhetetlen
Tavasz-vissza: A titán alacsony rugalmassági modulusa és nagy szilárdsága jelentős visszarugózást okoz- a hidegalakítás során; A melegalakítás előnyös lehet összetett formák esetén
Gyors fűtés/hűtés: A vékony lemezek gyorsan felmelegednek és lehűlnek, pontos időzítést igényelve a kívánt mikrostruktúra eléréséhez túlzott szemcsenövekedés vagy maradékfeszültség nélkül
Felületi terület-/térfogat aránya-: A magasabb arányok növelik a légköri szennyeződésekre való érzékenységet, ami még kritikusabbá teszi a légkör szabályozását
