Дефекти ковања титанијумске легуре: узроци, откривање и превенција

Зашто је ковање титанијума мање опраштање од челика

Титан кује у уском температурном прозору и слабо проводи топлоту, тако да су разлике између површине и центра гредице веће него што би биле у челику. Алфа и алфа{1}}бета легуре су посебно осетљиве на прегревање, а дефекти који су последица лошег циклуса грејања се често не могу поправити. Разумевање који се дефекти могу прерадити и који значе да је део отпад је разлика између процеса који се може контролисати и стопе отпада коју нико не може објаснити.

Бета ломљивост од прегревања

Бета ломљивост је узрокована прегревањем. У алфа и алфа-бета легурама, а посебно у алфа-бета разредима, температура ковања изнад бета трансуса производи грубу, равноосну претходну-бета структуру зрна са алфа исталоженом дуж граница зрна и пругаста интракристална структура. Пластичност{5}}собне температуре нагло опада. Ово је класичан знак прегревања.

Прегревање се не може поправити топлотном обрадом. Структура се мора разбити прерадом материјала испод бета трансуса, и то само ако то дозвољавају геометрија ковања и преостали материјал. Превенција се заснива на контроли пећи: држите температуру пећи у оквиру квалификованог опсега, редовно прегледајте комору, поставите пуњење тако да радни комади не буду преблизу грејним елементима, користите преграде са обе стране у пећима са-грејаним отпором да бисте спречили локализовано прегревање и ограничите величину пуњења. Мерење стварног бета трансуса топлоте легуре у свакој пећи је даља ефикасна заштита, јер се трансус креће са интерстицијским садржајем.

Локализовано грубо зрно

Код ковања са чекићем и калупом за пресовање, лоша топлотна проводљивост титанијума значи да се површина гредице значајно хлади у контакту са матрицом, а трење између радног комада и горње и доње матрице концентрише деформацију у средини гредице. Површина се мање деформише, њена оригинална структура опстаје, а настаје локално грубо зрно.

Три мере решавају то. Операција пре{1}}ковања равномерније распоређује деформацију у завршном пролазу. Боље подмазивање смањује трење између гредице и матрице. А темељно загревање калупа смањује температурни пад који гредица трпи током преноса и контакта.

Површинске пукотине

Површинске пукотине се јављају углавном када завршна температура падне испод температуре пуне рекристализације легуре. Код ковања помоћу калупа, уобичајени узрок је прекомерно време контакта између гредице и калупа: пошто титанијум слабо проводи топлоту, површина може пасти испод дозвољене завршне температуре док је центар још врућ. Лубрикант за стакло при ковању са пресованим калупима и скраћено време контакта између бланка и доње матрице код ковања са чекићем су стандардни лекови. Пукотине су плитке и понекад се могу уклонити мешањем, али само у границама постављеним цртежом и важећом спецификацијом ковања.

Задржана ливена структура

Када се ингот кује са недовољном редукцијом или са погрешним редоследом, ливена структура опстаје у готовом делу. Лек је заснован на процесу-а не на инспекцији-: повећајте однос ковања и користите поновљено наметање и извлачење тако да се ливени дендрити разбију и линије тока прате контуру дела. Ковање са задржаном ливеном структуром показује карактеристичну макроструктуру на пресеченом и угравираном испитном комаду.

Бригхт Бандс

Светле траке су видљиве у макроструктури са малим-макроструктурама као пруге различите осветљености од околног метала. У зависности од угла осветљења могу изгледати светлије или тамније од основног материјала. На попречном-пресеку се приказују као тачке или љуспице; на уздужном пресеку се крећу као глатке пруге које могу бити дуге од десет милиметара до неколико метара.

Два су узрока. Први је хемијска сегрегација у легури, углавном елемената који утичу на одговор на јеткање. Други је деформационо загревање током ковања, где температура превише варира од тачке до тачке у радном комаду. Светле траке смањују пластичност и перформансе на високим{3}}температурама, тако да превенција подразумева контролу сегрегације у фази топљења и избор параметара термичког ковања, температуре загревања, степена деформације и брзине деформације, који држе температуру ширења по ковању под контролом.

Алпха Цасе

Алфа слој кртости се формира када кисеоник и азот дифундују унутра кроз лабаву оксидну скалу на високој температури, подижући међупросторни садржај површинског метала. Како садржај кисеоника и азота на површини расте, тако расте и удео алфа фазе, све док површински слој не буде у потпуности алфа. Тај слој је тврд и крт, а на гредици или ковању може да пукне при накнадној деформацији.

Дебљина зависи од типа пећи, природе гаса из пећи, температуре грејања и времена држања. Дебљина се повећава са температуром, са временом задржавања и са садржајем кисеоника и азота у атмосфери пећи. Алфа, бета и алфа{2}}бета легуре могу формирати слој, а алфа легуре су посебно склоне томе; бета легуре му се одупиру све док се не загреју изнад отприлике 980 степени. Слој се мора уклонити декапирањем или машинском обрадом, а дубина дозвољена на цртежу ковања је реална димензија, не дозвољавајући заостајање.

Хидроген Ембриттлемент

Два механизма раде. Код кртости типа -старења, атоми водоника у интерстицијалним решеткастим местима дифундују под напрезањем и скупљају се при концентрацијама напона током времена, причвршћујући дислокације тако да се не могу слободно кретати и чинећи матрицу крхком. У хидридном типу кртости, водоник растворен на високој температури преципитира као хидрид како температура пада, чиме се легура постаје крхка. Оба се могу појавити у титанијуму и његовим легурама.

Основни узрок у оба случаја је превелики садржај водоника, па се индустријске легуре титанијума морају држати на или испод 0,015 %. Превенција током ковања и термичке обраде подразумева коришћење атмосфере пећи која благо оксидира, а тамо где водоник већ прелази границу, вакуумско жарење је пут за његово уклањање. Садржај водоника се мери на готовом производу фузијом инертног гаса према АСТМ Е1447, а сертификат о ковању треба да наводи резултат, а не намеру.

Откривање и прихватање

АСТМ Б381 покрива отковке од легуре титанијума и поставља класе квалитета и захтеве испитивања које може да захтева налог за куповину; АМС 4928 покрива Ти-6Ал-4В шипку, материјал за ковање и пут ковања који се користи у раду у ваздухопловству. Механичко прихватање је испитивањем затезања према АСТМ Е8/Е8М, са испитивањем затезања и ломљења на повишеној температури за делове врућег пресека. Унутрашња исправност се обично потврђује ултразвучним прегледом, а стање површине пенетрантним прегледом. Алфа кућиште и микроструктура верификовани су на исеченим купонима из жртвеног или квалификованог ковања.

Често постављана питања

Q:Може ли се прегрејано ковање титанијума спасити поновним{0}}топлотним третманом?
О: Не. Груба трансформисана структура не може се преокренути само термичком обрадом. Опоравак захтева пластичну деформацију испод бета трансуса, и то само тамо где геометрија и преостали део то дозвољавају.

Q:Зашто титанијум кује са ужим прозором од челика?
О: Пошто бета трансус поставља тврду горњу границу, а ниска топлотна проводљивост чини разлику између површине{0}}до-центра великом. Употребљиви прозор је додатно смањен потребом да се заврши изнад температуре рекристализације.

Q:Колики је максимално дозвољени садржај водоника?
А: 0,015 % за индустријске легуре титанијума. Изнад тог нивоа и старење-деформација и кртост хидридног типа постају стварни ризик, па је потребно вакуумско жарење да би се то смањило.

Q:Да ли бета легуре формирају алфа кућиште?
О: Они су отпорнији од алфа и алфа{0}}бета легура и неће формирати слој док се не загреју изнад отприлике 980 степени. Алфа легуре су најосетљивије и потребна им је најстрожа контрола атмосфере.

Q:Колико је дубоко алфа кућиште на типичном ковању?
О: Дубина зависи од температуре, времена и атмосфере пећи. Мора се уклонити декапирањем или машинском обрадом, а додатак за извлачење за захваћену дубину је пре захтев процеса него толеранција.

Q:Шта узрокује светле траке у кованој макроструктури од титанијума?
О: Хемијска сегрегација у легури, или прекомерна температурна варијација услед загревања деформација током ковања. И деградирају пластичност и перформансе при високим{1}}температурама и контролишу се при топљењу и при пресовању.