Zašto otkovci od legure titanijuma tako lako pucaju
Legure titana kombinuju nisku gustinu, visoku specifičnu čvrstoću, dobru stabilnost-temperaturu, otpornost na koroziju, nemagnetno ponašanje i biokompatibilnost, zbog čega se kovane šipke, osovine, diskovi i valjani profili koriste u vazduhoplovnoj, hemijskoj i naftnoj opremi, medicinskim uređajima i nuklearnim postrojenjima. Deformacija kovanja je primarni način pretvaranja livenog ingota u čvrstu, jednoličnu mikrostrukturu. Poteškoća je u tome što titan ima nisku toplotnu provodljivost, jaku osjetljivost na temperaturu i, u nekoliko porodica legura, ograničenu deformabilnost, tako da operacije ingota{4}}do-redovno proizvode pukotine nekoliko različitih tipova. Svaka pukotina povećava rad na mljevenju, smanjuje prinos i, u najgorem slučaju, uništava cijelu gredicu.
Sedam tipova pukotina kovanjem titanijuma
Proizvodni zapisi iz grupe za konverziju titanijumskih gredica kovanja pukotina u sedam ponavljajućih načina. Razlikuju se po lokaciji, smjeru i porijeklu, tako da se svaki mora dijagnosticirati za sebe prije nego što se izabere lijek.
| Tip | Gdje se pojavljuje | Tipičan uzrok |
|---|---|---|
| Pucanje na kraju | Uznemireni krajevi gredice; velike, otvorene pukotine | Cijev ili hladna segregacija koja nije očišćena sa krajeva ingota; kontakt sa hladnim nakovnjem; neujednačena deformacija kraja; materijal visoke-otpornosti, niske-tečnosti |
| Preklopno pucanje | Nabori srednje dužine, često nakon brušenja | Odnos visine ingota-prema-prečniku iznad 2,5; rezidualni žljebovi za uzorkovanje; oštre ivice za obradu ili piljenje koje nisu polirane |
| Tearing | Poprečno, lokalizirano, duž nacrtane dužine | Smanjenje jednog prolaza{0}}preteško ili prebrzo; istrošene ili neadekvatno zagrijane ivice nakovnja; korake i nagle promjene veličine |
| Unutrašnje pucanje | Unutar gredice, nevidljiv za oko | Segregacija, inkluzije, poroznost ili hladno zatvaranje u ingotu; brzo hlađenje šipke malog{0}}prečnika; oštri lokalni temperaturni gradijenti |
| Uzdužno pucanje | Duž smjera strujanja na ivicama i uglovima | Kutno hlađenje ispred masivnog dijela; kaljenje vodom ili uljem za temperaturno-osjetljive visoko-legura |
| Krhko pucanje | Duboke-teške-pukotine u teško--deformisanim legurama | Kovanje ispod konačne temperature kovanja; nema niskotemperaturnog stepena peći; prebrzo zagrevanje za provodljivost legure |
| Pucanje površine kroz tijelo | Obimne površinske pukotine preko cijele gredice | Loš metalurški kvalitet ingota; hladna segregacija i podzemna poroznost nisu uklonjeni; temperatura otvaranja postavljena prenisko |
Metalurški, termički i procesni uzroci
Metalurško porijeklo:segregacija, inkluzije, poroznost skupljanja, hladni zatvarači i podzemne rupe koje su ostale od topljenja i livenja postaju mjesta nastanka pukotina i mogu opstati kroz nekoliko toplina kovanja.
Termičko porijeklo:titanijum slabo provodi toplotu, tako da brzo zagrevanje ili brzo hlađenje stvara veliki gradijent između površine i jezgre i između kraja i centra. Rezultirajuće toplinsko naprezanje premašuje lokalnu duktilnost i počinje pucati.
Porijeklo procesa:prekomjerno smanjenje prolaza, visoka stopa deformacije, hladni nakovnji, istrošeni rubovi nakovnja, nepolirani obradni rubovi i nekontrolirana vremena prijenosa sve spada u kategoriju procesa u radnji{0}}poda.
Porijeklo materijala:blizu-alfa i uređene intermetalne legure titanijuma kao što su Ti3Al i Ti2AlNb, i teško--deformišući visoko-klase, imaju suštinski nisku sposobnost deformacije, tako da je njihov prozor sigurnih parametara obrade uzak.
Mere prevencije za svaki način pucanja
Pukotina na kraju lica:ultrazvučnom inspekcijom potvrditi da su cijev i hladna segregacija potpuno uklonjeni sa krajeva ingota; prethodno zagrijati nakovanj na najmanje 300 C; umotajte oba narušena kraja u izolacionu ćebad da biste smanjili gubitak toplote na nakovnju; zabraniti preveliku brzinu deformacije i neravnomjernu deformaciju tokom izvlačenja; koristite zakrivljenu ploču za namještanje za materijal sa visokim otporom i malom fluidnošću tako da metal teče od centra prema van.
Preklopno pucanje:držite omjer visine-prema-promjeru ispod 2,5, a poželjno je 1,8 do 2,3; obraditi ili samljeti preostale žljebove za uzorkovanje i prethodno oštećenje nabora do glatke mješavine; uklonite sve oštre ivice koje su ostale piljenjem, obradom i pozicioniranjem rupa prije sljedećeg koraka kovanja.
kidanje:zadržati jednostrano{0}}unilateralnu redukciju na 20 do 30 mm i brzinu redukcije na oko 5 do 10 mm/s; održavati zakrivljenost ruba nakovnja od R40 mm ili veću i prethodno zagrijati nakovnje na 300 do 400 C; za stepenaste osovine koristite lagane udarne prolaze praćene postepenim smanjenjem više-čekića ograničenim na 30 mm po udarcu.
Unutrašnje pucanje:napadnuti izvor pooštravanjem prakse topljenja za legure koje sadrže vatrostalne dodatke kao što su volfram, molibden i niobij, tako da se segregacija i inkluzije smanjuju; zakosite gredicu malog-prečnika odmah tokom izvlačenja; vratite materijal u peć umjesto da ga držite na hladnom.
Uzdužna pukotina:kositi tokom crtanja i zabraniti oštre ili crne ivice; za temperaturno{0}}osjetljive-legure na visokim temperaturama koriste zračno hlađenje ili izolacijske pokrivače umjesto kaljenja vodom, uljem ili prinudnim-vazduhom.
Krto pucanje:nanijeti omotano- kovanje pokrivača, što znači zagrijati do određenog namakanja, izvući gredicu, omotati oko 10 mm izolacije sa zaštitnim sredstvom za staklo, vratiti u peć, zatim kovati sa dekom koji se drži na mjestu tako da gredica nikada ne padne ispod konačne temperature kovanja; zagrijavanje kroz niskotemperaturni stepen peći od 200 do 300 C- sa više-stepenim, sporim rampom od 50 do 100 C na sat.
Površinske pukotine kroz tijelo:poboljšati kvalitet topljenja, ukloniti hladnu segregaciju i podzemnu poroznost prije kovanja i postaviti temperaturu otvaranja kovanja iznad beta transusa sa jasnom marginom umjesto blizu nje.
Kontrolni parametri procesa koji su važni
| Parametar | Preporučena vrijednost | Svrha |
|---|---|---|
| Temperatura predgrijavanja nakovnja | Najmanje 300 C; 300 do 400 C za izvlačenje | Smanjite ekstrakciju toplote sa površine gredice |
| Radijus ivice nakovnja | R40 mm ili više | Smanjite koncentraciju stresa i izbjegavajte kidanje |
| Jednostrano{0}}jednostrano smanjenje | 20 do 30 mm | Granična smična deformacija po prolazu |
| Stopa smanjenja | Otprilike 5 do 10 mm/s | Ostavite temperaturu i soj da se preraspodijele |
| Odnos visine ingota-prema-promjeru | 2,5 maksimalno, 1,8 do 2,3 poželjno | Spriječite uznemireno savijanje |
| Odnos -prema{1}} dubine brušenja | 10 ili više | Blend popravke bez ostavljanja naprezanja |
| Brzina zagrijavanja za-teško-deformirane slojeve | 50 do 100 C na sat nakon faze od 200 do 300 C | Ograničite termički gradijent |
| Debljina izolacionog omotača | Oko 10 mm sa zaštitnim sredstvom za staklo | Održavajte temperaturu kovanja iznad krajnje granice kovanja |
| Temperatura kovanja pri otvaranju | Iznad beta transusa sa adekvatnom marginom | Izbjegnite pucanje u strukturi as-cast |
Poslednji red je najskuplja lekcija u tabeli. Testni ingot sa izmjerenom beta transusom od 1020 C je otvoren na samo 1050 C i jako je napukao po cijelom tijelu; isti materijal ponovo otvoren nakon ponovnog zagrijavanja na 1150 C pokazao je dramatično smanjenje pucanja. Tamo gdje je procesni prozor uzak, temperatura otvaranja mora biti postavljena iz izmjerenih podataka transformacije, a ne iz pretpostavljene vrijednosti.
Pregled, brušenje i popravka
Titanijumske pukotine je teško pregledati i sporo se popravljaju, tako da plan inspekcije mora biti napisan u isto vrijeme kao i ruta kovanja.
Detekcija:vizuelni pregled svake gredice, pregled malim-malim uvećanjem i ultrazvučno ispitivanje na unutrašnje nedostatke; Inspekcija penetracije boje gotovih otkovaka i bilo kakvog popravka brušenja prije oslobađanja.
Granice miješanja:samljeti do glatke mješavine sa omjerom širine-prema-dubine od najmanje 10, pošto uski duboki žljeb jednostavno ponovo-inicira pukotinu pri sljedećem zagrijavanju.
Rizik od brušenja:lokalno grijanje od mljevenja stvara sam temperaturni gradijent koji održava pukotinu da se širi, tako da su rashladna tekućina i prolaz svjetlosti neophodni na tankim ili malim dijelovima.
Re{0}}inspekcija:nakon miješanja, ponovo-izvršite penetrantnu ili ultrazvučnu inspekciju da potvrdite potpuno uklanjanje; zabilježite popravku na kartici rute tako da naknadna grijanja računaju smanjeni dio.
Često postavljana pitanja
P: Koja je najčešća pukotina u kovanju titanijuma?
Pucanje krajnjeg lica tokom narušavanja je najčešće i najviše ometa, jer često zaustavlja rutu procesa. Prljavi krajevi ingota, hladni nakovnji i nejednaka deformacija krajeva su vodeći uzroci.
P: Zašto krto pucanje dominira u visokotemperaturnim titanijumskim legurama?
Ove legure imaju ograničenu plastičnost, a titanij slabo provodi toplinu. Brzo zagrijavanje ili kovanje ispod konačne temperature kovanja proizvodi strme nagibe i krhki lom koji je dubok i teško se izbrusiti.
P: Koju temperaturu predgrijavanja nakovnja treba koristiti?
Zagrijte nakovanj na najmanje 300 C i držite ga između 300 C i 400 C za rad-izvlačenja; hladni alat je direktan uzrok pucanja i kidanja čeonih površina.
P: Koliko duboka pukotina može biti izbrušena?
Samljeti do glatke-mješavine s dnom sa omjerom širine-prema-dubine od 10 ili više. Nikada ne ostavljajte uski žljeb, jer će ga sljedeći prolaz kovanja ponovo otvoriti.
P: Mogu li se pronaći unutrašnje pukotine prije nego što se završi kovanje?
Obično su skriveni. Koriste se ultrazvučno ispitivanje, pregled malim-malim uvećanjem i, za šipke malog-prečnika, pregled u fazi gredice, ali većina unutrašnjih pukotina se potvrđuje tek završnom inspekcijom, zbog čega je sprečavanje segregacije pri topljenju odlučujuće.
P: Koji parametri najviše utiču na pucanje visoko{0}temperaturnih legura?
Brzina zagrevanja, stepen peći, temperatura otvaranja u odnosu na beta transus i izolacija primenjena između peći i nakovnja kontrolišu ishod mnogo više nego kapacitet čekića.
