Hőkezelési eljárások titánötvözetek számára: izzítás, oldatkezelés és öregítés

A hőkezelés a hőmérséklet és a hűtési sebesség szabályozott alkalmazása a fém belső szerkezetének megváltoztatására, hogy mechanikai tulajdonságai megfeleljenek az elvégzendő munkának. A titánban a magas hőmérsékletű béta-fázisból a hatszögletű alfa-fázisba való átalakulás, valamint az ötvözőelemek közöttük való elválasztás módja széles, de érzékeny munkaablakot ad a hőkezelőnek. A nem megfelelő atmoszférában hevített, túl gyorsan hűtött vagy nem megfelelő hőmérsékleten öregített titán alkatrész elveszítheti képlékenységét, rideg, oxigénben dús bőrt kaphat, vagy a regenerálódáson túl eltorzulhat.

Milyen hatással van a hőkezelés a titánra

A titánötvözetek osztályozása a szobahőmérsékleten jelenlévő fázisok szerint történik. Az alfaötvözetek, mint például az 1-től 4-ig terjedő kereskedelmi tisztaságú ötvözetek szobahőmérsékleten egyfázisúak. Az alfa-béta ötvözetek, amelyek közül az 5-ös fokozat (UNS R56400) a legszélesebb körben használt, erősen reagálnak az oldatkezelésre és az öregedésre. A béta-ötvözetek megtartják a metastabil test-központú köbös fázist, és nagy szilárdságig öregíthetők. A hőkezelést négy különböző célra használják: a maradék feszültség enyhítésére, lágyításra a további formázáshoz, szilárdságfejlesztésre csapadékkal, valamint a méretek stabilizálására a végső megmunkálás előtt.

Stresszoldás és lágyítás

A stresszoldás a legenyhébb és a leggyakoribb kezelés. Eltávolítja a hegesztés, megmunkálás, hajlítás vagy egyengetés során keletkező maradék feszültséget anélkül, hogy jelentősen megváltoztatná a szilárdságot, és általában a 480-595 Celsius-fok tartományban történik a kereskedelemben tiszta minőségek esetében. Az újrakristályosítással végzett lágyítás, amely az alfa-béta-ötvözetek esetében jellemzően 700-800 Celsius-fokon, visszaállítja a rugalmasságot a további hidegalakításhoz, és ezt levegőhűtés követi.

A sikert meghatározó gyakorlati szempontok a következők:

Támogatás:Az alkatrészeket a titán tágítására tervezett rögzítőelemek támasztják alá, ami alacsony az alumíniumhoz képest, de még mindig elég ahhoz, hogy eltorzítsa a vékony szakaszokat.

Áztatási idő:attól a pillanattól számítva, hogy a teljes terhelés eléri a hőmérsékletet, nem a kemence, és olyan röviden kell tartani, amennyire a specifikáció megengedi.

Hűtés:léghűtés a feszültségmentesítéshez és a lágyításhoz, a metszet vastagsága határozza meg, hogy a gyors szakaszok milyen lassan veszítenek hőt.

Megoldás Kezelés és öregedés

Az alfa{0}}béta-ötvözetek oldatos kezelését a béta-transzus alatt végzik, amely az 5. fokozat esetében körülbelül 995 Celsius-fok, majd gyors kioltás következik. A kioltás megőrzi metastabil szerkezetét, amelyet azután alacsonyabb hőmérsékleten öregítenek a finom alfa-fázis kicsapása és az erő növelése érdekében. Az 5. fokozat tipikus gyakorlata az oldatos kezelés 900-970 Celsius-fok tartományban, vízzel történő kioltás, majd néhány órán keresztül körülbelül 480-595 Celsius-fok közötti öregítés, ami a szakítószilárdságot jóval az izzított állapot fölé emeli, és a Rockwell C skála szerint a harmincas években keménységet produkál.

A kioltási sebesség legalább annyira számít, mint a hőmérséklet. Az oldatos kezelési hőmérsékletből származó lassú kioltás lehetővé teszi a diffúziót, és durvább szerkezetet hoz létre, kisebb szilárdsággal, így a kemencéből az oltótartályba való átviteli idő szabályozott változó, és a nagy szakaszok nagyobb edzhetőséget vagy más ötvözetet igényelhetnek az agresszívabb kioltás helyett.

Légkör, vákuum és szennyeződés ellenőrzése

A titán könnyen oxidálódik. Körülbelül 400 Celsius-fok felett az oxigén és a nitrogén bediffundál a felületbe, és egy alfa-tokot hoz létre, egy kemény, oxigénnel{2}}dúsított réteget, amely terhelés hatására megreped. A vákuumkemencék, illetve a nagy-tisztaságú argont vagy héliumot tartalmazó kemencék ezért a feszültségmentesítési tartomány feletti hőkezelések szabványosak. A 10-100 mikropascal nagyságrendű vákuumszint jellemző a fényes lágyításra.

A kemence szabályozása nem csak a légkörről szól. A pirometriát az AMS 2750-re kell kalibrálni, a hőelemeket az alkatrészekre kell helyezni, nem csak a kemencében, és a terhelést úgy kell minősíteni, hogy a rögzített hőmérséklet a leghidegebb és legmelegebb helyeket reprezentálja. Bármilyen réz, sárgaréz, ólom vagy alacsony olvadáspontú szennyeződés a forró zónában titánba diffundál, és ki kell zárni.

Tipikus paraméterek évfolyamonként

A fenti paraméterek az általános gyakorlatban használt indikatív tartományok; az ellenőrző számok a vonatkozó anyag- és folyamatleírásban szereplő adatok, és az adott alkatrészre vonatkozó tanúsított hőkezelési ciklusnak ezt a dokumentumot kell követnie.

Torzítás, befejezés és gyakori hibák

A torzítás szabályozása alátámasztással, egyenletes melegítéssel, és ahol szükséges, a kezelés utáni mechanikai egyengetéssel vagy melegen méretezéssel történik. A megoldási és öregedési ciklus utáni kiegyenesítés nem kívánatos, mert egy nagy szilárdságú alkatrészbe visszavezeti a feszültséget, ezért a megmunkálás, kezelés és simítás sorrendjét az első vágás előtt meg kell tervezni.

Levegőben végzett hőkezelés, amely alfa-tokot eredményez, amelyet pácolás vagy megmunkálás útján kell eltávolítani; ha nem távolítják el, a fáradtság élettartama meredeken csökken.

Az áztatási idő számolása a kemence vezérlőjétől, nem pedig a terheléshez csatlakoztatott hőelemtől.

A kioltás késleltetése, ami csendesen, látható figyelmeztetés nélkül csökkenti az erőt.

Kétszeres öregedés olyan hőmérsékleten, amely halmozottan meghaladja az -ötvözet öregedését.

A kezelést megelőzően megmunkált alkatrészeken a hidrogén- és keménység-ellenőrzések{0}}elhagyása.

GYIK

K: Mikor szükséges a titán alkatrészek hőkezelése?
Valahányszor egy alkatrészen hegesztés vagy megmunkálás okozta maradék feszültség halmozódott fel, lágyítani kell a további alakításhoz, vagy nagyobb szilárdságot kell kifejlesztenie oldatos kezelés és öregítés révén. A lágyítást a méretek stabilizálására is használják a végső megmunkálás előtt.

K: A titán hőkezelhető levegőn?
Csak alacsony hőmérsékletű feszültségmentesítésre, és akkor is előnyös a védőatmoszféra. Bármilyen durván 400 Celsius-fok feletti kezelés levegőben oxigénnel dúsított alfa tokot hoz létre, amelyet el kell távolítani, ezért vákuum- vagy inert gázkemencéket használnak az izzításhoz és öregítéshez.

K: Mi az a béta-transzus, és miért számít?
Ez az a hőmérséklet, amelyen az ötvözet teljesen béta-fázissá válik, körülbelül 995 Celsius-fok az 5. fokozat esetében. Az alatta lévő oldatkezelés megtartja az alfa fázist, és a szilárdság és a rugalmasság legjobb kombinációját adja, míg a felette végzett kezelés durva szemcséket és alacsonyabb alakíthatóságot eredményez.

K: Hogyan befolyásolja a kioltási sebesség a tulajdonságokat?
A gyors vízoltás megőrzi az öregedéshez szükséges metastabil szerkezetet és nagy szilárdságot ad. A lassú kioltás lehetővé teszi a diffúziót a hűtés során, ami durvább szerkezetet, kisebb szilárdságot és vastag szakaszokon hiányos öregedési reakciót eredményez.

K: Miért jön ki a hőkezelt alkatrész keményebb, de törékenyebb?
Általában azért, mert az alkatrészt túl sokáig, túl magas hőmérsékleten érlelték, vagy a kezelés során oxigénnel szennyezték. A túlöregedés eldurvítja a csapadékot, és az alfa eset rideggé teszi a felületet, de a kettő különböző korrekciókat igényel.

K: Hogyan történik a kezelés ellenőrzése?
Terhelési hőelemekkel és AMS 2750-re kalibrált kemencefelméréssel, a terheléssel kezelt szelvények keménységi és szakítószilárdsági vizsgálatával, valamint adott esetben alfa eset metallográfiai ellenőrzésével és hidrogén méréssel.