Kecacatan Penempaan Aloi Titanium: Punca, Pengesanan dan Pencegahan

Mengapa Penempaan Titanium Kurang Memaafkan Daripada Keluli

Titanium menempa dalam tingkap suhu yang sempit dan menghantar haba dengan buruk, jadi perbezaan antara permukaan dan pusat bilet adalah lebih besar daripada yang akan berlaku dalam keluli. Aloi alfa dan alfa-beta amat sensitif kepada terlalu panas dan kecacatan yang berlaku akibat kitaran pemanasan yang buruk selalunya tidak dapat dipulihkan. Memahami kecacatan yang boleh diolah semula dan yang bermaksud bahagian itu adalah sekerap ialah perbezaan antara proses yang boleh dikawal dan kadar sekerap yang tiada siapa dapat menjelaskan.

Kerapuhan Beta daripada Terlalu Panas

Kerapuan beta disebabkan oleh terlalu panas. Dalam aloi alfa dan alfa-beta, dan khususnya dalam gred alfa-beta, suhu penempaan di atas transus beta menghasilkan struktur butiran beta sebelumnya yang kasar dan sama dengan-dengan alfa dimendakkan di sepanjang sempadan butiran dan struktur intrahablur bergaris. Keplastikan suhu bilik-menurun dengan mendadak. Ini ialah tandatangan terlampau panas klasik.

Terlalu panas tidak boleh dibaiki dengan rawatan haba. Struktur perlu dipecahkan dengan mengolah semula bahan di bawah transus beta, dan hanya jika geometri penempaan dan stok yang tinggal membenarkannya. Pencegahan terletak pada kawalan relau: tahan suhu relau dalam jalur yang layak, kaji ruang dengan kerap, letakkan cas supaya bahan kerja tidak terlalu dekat dengan elemen pemanas, gunakan penyekat pada kedua-dua belah dalam rintangan-relau yang dipanaskan untuk mengelakkan terlalu panas setempat dan hadkan saiz cas. Mengukur transus beta sebenar haba aloi dalam setiap relau adalah perlindungan yang lebih berkesan, kerana transus bergerak dengan kandungan interstisial.

Butiran Kasar Setempat

Dalam penempaan tukul dan tekan, kekonduksian terma titanium yang lemah bermakna permukaan bilet menyejuk dengan ketara apabila bersentuhan dengan dadu, dan geseran antara bahan kerja dan cetakan atas dan bawah menumpukan ubah bentuk di bahagian tengah bilet. Permukaan kurang berubah bentuk, struktur asalnya kekal, dan hasil jalur butiran kasar tempatan.

Tiga langkah mengatasinya. Operasi pra-menempa mengedarkan ubah bentuk dengan lebih seragam dalam hantaran penamat. Pelinciran yang lebih baik mengurangkan geseran antara bilet dan die. Dan prapemanasan menyeluruh dies mengurangkan kejatuhan suhu bilet mengalami semasa pemindahan dan sentuhan.

Retak Permukaan

Retakan permukaan kelihatan terutamanya apabila suhu penamat jatuh di bawah suhu penghabluran semula penuh aloi. Dalam penempaan die, masa sentuhan yang berlebihan antara bilet dan die adalah punca biasa: kerana titanium menghantar haba dengan buruk, permukaan boleh jatuh di bawah suhu kemasan yang dibenarkan semasa bahagian tengah masih panas. Pelincir kaca pada penempaan acuan tekan, dan masa sentuhan yang dipendekkan antara acuan kosong dan acuan bawah pada penempaan tukul, adalah ubat standard. Retak adalah cetek dan kadangkala boleh dikeluarkan dengan mengadun, tetapi hanya dalam had yang ditetapkan oleh lukisan dan oleh spesifikasi penempaan yang berkenaan.

Struktur Cast Ditahan

Apabila jongkong ditempa dengan pengurangan yang tidak mencukupi atau dengan urutan yang salah, struktur tuangan bertahan ke bahagian siap. Penyelesaiannya adalah berasaskan proses-bukan berasaskan pemeriksaan-: tingkatkan nisbah penempaan dan gunakan gangguan dan lukisan berulang supaya dendrit tuangan dipecahkan dan garisan alir mengikut kontur bahagian. Penempaan dengan struktur tuangan yang dikekalkan menunjukkan struktur makro yang berciri pada bahagian ujian yang terpotong dan terukir.

Pancaragam Terang

Jalur terang kelihatan dalam struktur makro-pembesaran rendah sebagai jaluran kecerahan yang berbeza daripada logam sekeliling. Bergantung pada sudut pencahayaan, ia boleh kelihatan lebih terang atau lebih gelap daripada bahan asas. Pada bahagian-palang, ia ditunjukkan sebagai titik atau kepingan; pada bahagian membujur mereka berjalan sebagai jalur licin yang mungkin di mana-mana dari sepuluh milimeter hingga beberapa meter panjang.

Terdapat dua punca. Yang pertama ialah pengasingan kimia dalam aloi, secara amnya unsur-unsur yang mempengaruhi tindak balas kepada etsa. Yang kedua ialah pemanasan ubah bentuk semasa penempaan, di mana suhu berubah terlalu banyak dari satu titik ke titik dalam bahan kerja. Jalur terang merendahkan keplastikan dan-prestasi suhu tinggi, jadi pencegahan bermakna mengawal pengasingan pada peringkat lebur dan memilih parameter penempaan haba, suhu pemanasan, tahap ubah bentuk dan kadar ubah bentuk, yang mengekalkan suhu merebak merentasi penempaan di bawah kawalan.

Kes Alpha

Lapisan embrittlement alfa terbentuk apabila oksigen dan nitrogen meresap ke dalam melalui skala oksida longgar pada suhu tinggi, meningkatkan kandungan interstisial logam permukaan. Apabila kandungan oksigen dan nitrogen permukaan meningkat, begitu juga bahagian fasa alfa, sehingga lapisan permukaan mungkin alfa sepenuhnya. Lapisan itu keras dan rapuh, dan pada bilet atau penempaan ia boleh retak semasa ubah bentuk seterusnya.

Ketebalan bergantung pada jenis relau, sifat gas relau, suhu pemanasan dan masa pegangan. Ketebalan meningkat dengan suhu, dengan masa penahanan dan dengan kandungan oksigen dan nitrogen atmosfera relau. Aloi alfa, beta dan alfa-beta semuanya boleh membentuk lapisan dan aloi alfa sangat terdedah kepadanya; aloi beta menahannya sehingga ia dipanaskan melebihi 980 darjah. Lapisan mesti dikeluarkan dengan penjerukan atau pemesinan, dan kedalaman yang dibenarkan pada lukisan penempaan adalah dimensi sebenar, tidak bertolak ansur dengan kelonggaran.

Kerosakan Hidrogen

Dua mekanisme beroperasi. Dalam keruntuhan jenis terikan-penuaan, atom hidrogen dalam tapak kekisi interstisial meresap di bawah tekanan dan berkumpul pada kepekatan tegasan dari semasa ke semasa, menyematkan kehelan supaya ia tidak boleh bergerak bebas dan menjadikan matriks rapuh. Dalam kemerosotan jenis hidrida, hidrogen yang terlarut pada suhu tinggi akan memendakan sebagai hidrida apabila suhu jatuh, menyebabkan aloi menjadi rosak. Kedua-duanya boleh berlaku dalam titanium dan aloinya.

Punca utama dalam kedua-dua kes adalah kandungan hidrogen yang berlebihan, dan aloi titanium perindustrian oleh itu perlu dipegang pada atau di bawah 0.015%. Pencegahan semasa penempaan dan rawatan haba bermakna menggunakan suasana relau yang sedikit mengoksida, dan apabila hidrogen sudah melebihi had, penyepuhlindapan vakum adalah laluan untuk mengeluarkannya. Kandungan hidrogen diukur pada produk siap dengan gabungan gas lengai di bawah ASTM E1447, dan sijil pemalsuan harus menyatakan keputusan dan bukannya niat.

Pengesanan dan Penerimaan

ASTM B381 meliputi penempaan aloi titanium dan menetapkan kelas kualiti serta keperluan peperiksaan yang boleh dipanggil oleh pesanan pembelian; AMS 4928 meliputi bar Ti-6Al-4V, penempaan stok dan laluan penempaan yang digunakan dalam kerja aeroangkasa. Penerimaan mekanikal adalah melalui ujian tegangan kepada ASTM E8/E8M, dengan ujian tegangan dan pecah tekanan suhu tinggi untuk bahagian bahagian panas. Kekukuhan dalaman biasanya disahkan dengan pemeriksaan ultrasonik, dan keadaan permukaan dengan pemeriksaan penembusan. Sarung alfa dan struktur mikro disahkan pada kupon berpotongan daripada pengorbanan atau pemalsuan kelayakan.

Soalan Lazim

Q:Bolehkah penempaan titanium yang terlalu panas dapat diselamatkan dengan-rawatan haba semula?
J: Tidak. Struktur terubah kasar tidak boleh diterbalikkan dengan rawatan haba sahaja. Pemulihan memerlukan ubah bentuk plastik di bawah transus beta, dan hanya di mana geometri dan stok yang tinggal membenarkannya.

Q:Mengapa titanium menempa dengan tingkap yang lebih sempit daripada keluli?
J: Kerana transus beta menetapkan had atas yang keras dan kekonduksian terma yang rendah menjadikan perbezaan suhu permukaan-ke-pusat besar. Tingkap yang boleh digunakan dikurangkan lagi dengan keperluan untuk menyelesaikan melebihi suhu penghabluran semula.

Q:Apakah kandungan hidrogen maksimum yang dibenarkan?
A: 0.015 % untuk aloi titanium perindustrian. Di atas tahap itu, kedua-dua terikan-penuaan dan pereputan jenis hidrida menjadi risiko sebenar dan penyepuhlindapan vakum diperlukan untuk mengurangkannya.

Q:Adakah aloi beta membentuk kes alfa?
J: Mereka menentangnya lebih baik daripada aloi alfa dan alfa-beta dan tidak akan membentuk lapisan sehingga dipanaskan melebihi 980 darjah . Aloi alfa adalah yang paling sensitif dan memerlukan kawalan atmosfera yang paling ketat.

Q:Sejauh manakah kes alfa pada penempaan biasa?
A: Kedalaman bergantung pada suhu, masa dan suasana relau. Ia mesti dikeluarkan dengan penjerukan atau pemesinan, dan elaun lukisan untuk kedalaman yang terjejas adalah keperluan proses dan bukannya toleransi.

Q:Apakah yang menyebabkan jalur terang dalam struktur makro titanium palsu?
A: Pengasingan kimia dalam aloi, atau variasi suhu yang berlebihan daripada pemanasan ubah bentuk semasa penempaan. Kedua-dua merendahkan keplastikan dan prestasi suhu- tinggi serta dikawal semasa mencairkan dan semasa ditekan.