Miksi lämpökäsittely on tärkeää titaanille
Titaaniseoksen suorituskyky riippuu sekä seoksen suunnittelusta että lämpökäsittelystä. Hehkutus on yleisin käsittely, koska se vähentää sisäistä jännitystä, palauttaa sitkeyden, stabiloi mikrorakennetta ja valmistelee materiaalin myöhempää muovausta tai työstöä varten. Vaihemuunnoskäyttäytymisen - ymmärtäminen, erityisesti alfa-beeta--muunnos ja beta-transuslämpötila -, on perusta jokaiselle alla kuvatulle lämpökäsittelyreitille.
1. Stressi-hehkutus
Jännitys-hehkutus poistaa valun, kylmätyöstön tai hitsauksen aiheuttamat sisäiset jännitykset muuttamatta merkittävästi työstettyä mikrorakennetta. Lämpötila pidetään ylläuudelleenkiteytyslämpötilan alapuolella, tyypillisesti 450–650 astetta tavallisille titaanilaaduille. Säilytysaika riippuu osan paksuudesta, aikaisemmasta käsittelyhistoriasta ja vaaditusta helpotusasteesta. Koska lämpötila on alhainen, lujuus ja sitkeys säilyvät suurelta osin. Hitsattujen kokoonpanojen jännityksenpoisto vähentää myös vääristymisriskiä myöhemmän koneistuksen aikana.
2. Tavallinen (tehdas) hehkutus
Tehdashehkutus on puolivalmiiden tuotteiden vakiokäsittely ennen toimitusta. Se poistaa tuotannon perusjännitykset säilyttäen samalla lujuustason, joka täyttää tekniset vaatimukset. Lämpötila on verrattavissa uudelleenkiteytyslämpötilaan tai hieman sen alapuolella, ja jäähdytys on yleensä ilmajäähdytystä. Tämä käsittely tasapainottaa lujuutta ja sitkeyttä useimmissa kaupallisissa alfa- ja alfa{4}}beeta-seoksissa ja on siksi materiaalisertifikaateissa mainittu oletusehto.
3. Täysi (uudelleenkiteytys) hehkutus
Täysi hehkutus eliminoi täysin työkarkaisun, stabiloi rakennetta ja maksimoi plastisuuden uudelleenkiteyttämisen kautta. Lämpötila valitaanuudelleenkiteytyslämpötilan ja beetatransuksen välillä. Transuksen ylittämistä tulee välttää: se edistää karkeaa Widmanstätten (Weiss) -rakennetta ja heikentää lejeeringin mekaanisia ominaisuuksia. Koska alfa-, alfa-beeta- ja lähes -beta-lejeeringit reagoivat eri tavalla, hehkutuslämpötila ja jäähdytysnopeus ovat luokkakohtaisia.
4. Kaksipuolinen hehkutus
Kaksipuolinen hehkutus parantaa plastisuutta, murtolukeutta ja mikrorakenteen vakautta, ja sitä käytetään usein lämmönkestävien titaaniseosten valmistuksessa, joiden on säilytettävä vakaat ominaisuudet pitkäaikaisessa-korkeassa{2}}lämpötilassa. Prosessi koostuu kahdesta vaiheesta:
Ensimmäinen (korkean{0}}lämpötilan hehkutus:uudelleenkiteyttämisen loppulämpötilassa tai hieman sen yläpuolella, riittävän kauan täydelliseen uudelleenkiteytymiseen ilman liiallista raekasvua, samalla kun valvotaan primaarisen alfafaasin tilavuusosuutta.
Toinen (alhainen{0}}lämpötila) hehkutus:uudelleenkiteytyslämpötilan alapuolella pidemmällä pitoajalla, jolloin ilmajäähdytyksen jälkeen säilynyt metastabiili beetafaasi voi hajota hienoksi, stabiiliksi alfa + beeta -seokseksi.
Tuloksena on tasaisempi rakenne, joka on lähellä tasapainoa ja parempi vastustuskyky ominaisuuksien huonontumista vastaan käyttölämpötilassa.
5. Isoterminen hehkutus
Isoterminen hehkutus tarjoaa parhaan yhdistelmän plastisuutta ja lämpöstabiilisuutta ja sopiikaksi-faasi (alfa-beta) metalliseokset, joissa on paljon beeta-stabiloivia elementtejä. Uudelleenkiteytyslämpötilan yläpuolelle lämmittämisen ja pitämisen jälkeen työkappale siirretään suoraan toiseen uuniin alemmassa lämpötilassa (yleensä 600–650 astetta), pidetään siellä ja sitten ilma-jäähdytetään huoneenlämpötilaan. Porrastettu jäähdytys mahdollistaa beetafaasin muuntumisen kontrolloiduissa olosuhteissa, mikä tuottaa hienon, tasaisen alfa + beeta -rakenteen.
Hehkutusreitin valinta
| Reitti | Tyypillinen lämpötila | Tarkoitus | Soveltuu parhaiten |
|---|---|---|---|
| Stressin lievitys | 450-650 astetta | Poista jäännösjännitys | Hitsatut ja kylmätyöstetyt{0}}osat |
| Tehdashehkutus | Lähellä uudelleenkiteytymistä | Tasapainoinen lujuus / sitkeys | Arkki, tanko, putkisto |
| Täysi hehkutus | Uudelleenkiteytyminen beetatransuksen alapuolelle | Maksimaalinen plastisuus, vakaa rakenne | Kovasti työstetyt tuotteet |
| Kaksipuolinen hehkutus | Kaksi-vaihetta, korkea + matala | Kovuus ja vakaus | Lämmönkestävät seokset |
| Isoterminen hehkutus | Korkea + 600–650 asteen pito | Paras plastisuus ja lämmönkestävyys | Beta{0}}rikas alfa-beetalejeeringit |
Ti-6Al-4V:lle (TC4) tyypillinen myllyhehkutus suoritetaan 700–790 asteessa, jota seuraa ilmajäähdytys, kun taas liuoskäsittelyä ja vanhentamista (noin 930–955 asteen liuos, vesisammutus, sitten 480–595 asteen vanhentaminen) käytetään, kun vaaditaan suurempaa lujuutta. Varmista aina tarkka sykli soveltuvan spesifikaation (ASTM B265, ASTM B348, AMS 2801 tai seoskohtaisen standardin) mukaan, koska beeta-transus-lämpötilat vaihtelevat seoksen koostumuksen mukaan.
Käytännön suosituksia
Ohjaa uunin ilmakehää; titaani imee happea ja typpeä korkeassa lämpötilassa muodostaen hauraan alfakotelon, joka on poistettava käsittelyn jälkeen.
Käytä kuormaan kiinnitettyjä lämpöpareja ja tarkista tasaisuus ennen kriittisten osien käsittelyä.
Merkitse koko sykli (lämpötila, aika, jäähdytysnopeus) lämpö-käsittelytodistukseen jäljitettävyyttä varten.
Käytä ohuissa osissa nopeampaa jäähdytystä välttääksesi liiallisen jyvän kasvun; raskaita osia varten pidennä pitoaikaa suhteessa.
