Izbor gredice i ruta specifikacije
Kovanje počinje sa šipkom ili gredicom do ASTM B348 ili AMS 4928 za Ti-6Al-4V, ili do komercijalno čistih vrsta gdje su oblikovnost i otpornost na koroziju važniji od čvrstoće. Ti-6Al-4V nosi UNS R56400 i daleko je najraširenija legura titanijuma: kombinuje minimalnu zateznu čvrstoću od oko 895 MPa sa korisnom žilavošću i zavarljivošću, a većinu te čvrstoće drži do otprilike 400 stepeni. Blizu alfa i beta legure se biraju kada temperatura rada dodatno raste ili kada je potreban veći omjer čvrstoće i težine.
Gotovi otkovci su sertifikovani prema ASTM B381, koji pokriva hemiju, tolerancije i mehanička svojstva, i prema AMS 4928 za vazduhoplovnu šipku i materijal za kovanje. Medicinski otkovci slijede ISO 5832-3 ili ASTM F1472, a ekstra-materijal sa niskim intersticijskim razredom 23 dodaje ograničenje kisika tako da se žilavost loma i ponašanje pri zamoru očuvaju.
Grejanje prozora i Beta Transus
Prozor kovanja je postavljen beta transusom, koji je za Ti-6Al-4V blizu 995 stepeni. Alfa plus beta legure se kovaju u dvofaznom polju, tipično 900 – 980 stepeni, nekih 30 do 60 stepeni ispod transusa, što rekristališe strukturu u finu ekviax alfa u transformisanoj beta matrici. Rad iznad transusa proizvodi grube Widmanstatten ploče sa slabom duktilnošću na sobnoj temperaturi, dok rad na previše hladnom povećava napon protoka i rizikuje pucanje površine.
Pošto titanijum apsorbuje kiseonik, azot i vodonik agresivno iznad oko 500 stepeni, atmosfera u peći i vreme na temperaturi se kontrolišu procedurom, a svaki površinski sloj-obogaćen kiseonikom koji se formira uklanja se u kasnijoj mašinskoj obradi ili kiseljenju. Gredice se prije zagrijavanja čiste od kamenca, ulja i kontaminacije pjeskarenjem, mašinskom obradom ili kiselinom, tako da se površinski nedostaci ne zabijaju u dio.
Operacije kovanja
Otvoreno{0}} kovanje formira velike jednostavne oblike između ravnih kalupa pomoću prese ili čekića, što je fleksibilno i jeftino, ali ograničene u preciznosti dimenzija. Zatvoreno- kovanje oblikuje gredicu u šupljini kalupa koja kontrolira protok vlakana i konačnu konturu, i to je normalna ruta za komponente kao što su diskovi, oštrice i strukturni spojevi. Izotermno i vruće-kovanje sa kalupom drži matricu na ili blizu temperature gredice kako bi se ograničilo hlađenje matrice i omogućilo punjenje tanjih dijelova, što odgovara složenim dijelovima blizu{5}}mreže. Svaka operacija je definirana nizom kalupa s međučišćenjem i, gdje je potrebno, ponovnim zagrijavanjem.
Toplinska obrada i kontrola mikrostrukture
Dominiraju dva tretmana. Mlinsko žarenje je tretman rekristalizacije u dvofaznom polju nakon kojeg slijedi hlađenje zrakom, koje ublažava stres i daje stabilnu alfa plus beta strukturu za opću upotrebu. Tretman rastvorom i starenje, koji se obično naziva STA, zagreva se u dvofazno polje blizu 955 stepeni, gasi se u vodi i zatim stari na oko 480 – 595 stepeni nekoliko sati; ovo podiže snagu uz određenu cijenu u duktilnosti. Termička obrada se bilježi na certifikatu zajedno s rezultirajućim vrijednostima zatezanja, popuštanja i istezanja, a tvrdoća se provjerava kao kontrola serije.
Inspekcija i kontrola kvaliteta
Ultrazvučna kontrola kovanog i termički obrađenog dijela otkriva unutrašnje praznine, preklope i alfa inkluzije.
Alfa dubina kućišta se meri na sekciji, a sloj se uklanja mašinskom obradom ili dekapiranjem pre nego što se deo oslobodi.
Pregled makro-etch i mikro-strukture potvrđuje protok zrna, odsustvo beta fleka i traženo stanje ravnopravne osovine.
Mehanička ispitivanja po seriji pokrivaju vlačnu čvrstoću, granicu tečenja, istezanje i smanjenje površine, sa tvrdoćom na svakom komadu.
Provjera dimenzija se vrši prema crtežu, uz koordinatno mjerenje kritičnih interfejsa.
Uobičajena zabluda je da toplije ili duže namakanje poboljšava kvalitetu kovanja; u praksi podstiče rast zrna i povećava unos kiseonika, tako da je prihvatljivi prozor namerno uzak. Kovanje prema minimalnim svojstvima specifikacije uz ignorisanje strukture takođe ne uspeva u eksploataciji, jer se životni vek zamora kontroliše morfologijom zrna, a ne samo brojevima zatezanja.
Često postavljana pitanja
P: Koji standard pokriva titanijumske otkovke za opšte inženjerstvo?
O: ASTM B381 pokriva kovanja od kovanog titanijuma uključujući Ti-6Al-4V, a rad u vazduhoplovstvu se obično takođe prenosi na AMS 4928.
P: Zašto kovanje mora ostati ispod beta transusa?
O: Kovanje iznad njega proizvodi grube Widmanstatten strukture sa smanjenom duktilnošću i otpornošću na zamor, tako da se umjesto toga koristi dvofazni rad na polju.
P: Šta je alfa mala i zašto je uklonjena?
O: To je površinski sloj obogaćen kisikom i dušikom koji se formira na visokoj temperaturi. Tvrd je i lomljiv, pa se mašinski obrađuje ili ukiseli pre nego što deo krene u upotrebu.
P: Šta mijenja STA termička obrada?
O: Tretman rastvorom i starenje povećavaju zateznost i čvrstoću tečenja, na račun neke duktilnosti, i biraju se tamo gde je dizajn vođen čvrstoćom.
P: Kako se otkrivaju unutrašnji nedostaci?
O: Ultrazvučni pregled se vrši nakon termičke obrade, dopunjen makro i mikro strukturnim pregledom na dijelu sa parcele.
