Precaucions clau durant el tractament tèrmic dels components de la placa de titani
1. Control de l'atmosfera: la preocupació principal
L'extrema reactivitat química del titani a temperatures elevades fa que el control de l'atmosfera sigui el factor més crític en el tractament tèrmic. A diferència de l'acer, el titani no es pot protegir amb atmosferes convencionals com l'hidrogen, el monòxid de carboni o l'amoníac esquerdat, ja que reacciona fàcilment amb aquests gasos.
Forn de buit (preferit):El tractament tèrmic al buit és l'opció òptima per als components de plaques de titani. Proporciona el nivell més alt de protecció eliminant pràcticament tots els gasos atmosfèrics en lloc de simplement substituir-los. Per al recuit al buit, la pressió de treball generalment s'ha de mantenir a no menys de 2 × 10⁻³ Pa per evitar la corrosió superficial al buit causada per una pressió excessivament baixa. Algunes aplicacions utilitzen argó d'alta-puresa per al control parcial de la pressió.
Atmosfera de gas inert:Quan els forns de buit no estan disponibles, les atmosferes d'argó o d'heli d'alta -puresa poden proporcionar una protecció adequada. Tanmateix, fins i tot aquests gasos inerts han d'estar altament purificats-sense humitat i traces d'impureses-per evitar la contaminació. Generalment es requereix una puresa d'argó no inferior al 99,99%, tot i que pot ser necessària una puresa més alta per a aplicacions aeroespacials crítiques.
Forns de calefacció elèctrica:Es recomanen molt els forns elèctrics per sobre dels-forns de combustible. Els forns-de combustible produeixen subproductes de combustió que contenen hidrogen i humitat, que poden contaminar el titani. Si s'han d'utilitzar-forns de combustible, l'atmosfera s'ha de mantenir com a neutra o lleugerament oxidant-mai no es redueix, ja que les atmosferes reductores afavoreixen la formació d'hidrogen.
Purga del forn:Els forns utilitzats anteriorment per al tractament tèrmic de l'atmosfera de l'acer s'han de purgar a fons durant diverses hores amb el gas previst abans de processar el titani. L'hidrogen residual de l'amoníac esquerdat o d'altres atmosferes de tractament-d'acer pot romandre a les esquerdes refractàries i contaminar peces de titani. Es recomana una purga de flux d'aire-de volum i durada considerables (p. ex., 150 peus cúbics per minut durant 4 hores) per als forns-de bufat d'aire.
2. Prevenció de la formació de casos alfa
El cas alfa és una capa superficial-enriquida en oxigen i trencadissa que es desenvolupa quan el titani s'escalfa per sobre d'aproximadament 590-620 graus en presència d'oxigen. Aquesta capa és extremadament dura i abrasiva, reduint la ductilitat i les propietats de fatiga alhora que complica el mecanitzat posterior.
Estratègies de minimització:
Utilitzeu els temps d'escalfament més curts possibles a temperatura per limitar la difusió d'oxigen
Mantenir un control precís de la temperatura, ja que les taxes d'oxidació augmenten exponencialment amb la temperatura
El tractament al buit elimina completament la formació de cas alfa, sense necessitat d'eliminar la superfície posterior al{0}tractament
Requisits d'eliminació:Si es forma un cas alfa durant el tractament tèrmic en atmosferes inerts no-buit o impures, la capa contaminada s'ha d'eliminar completament abans que el component entri en servei. Els mètodes d'eliminació inclouen:
Mecanitzat: Es recomanen talls profunds per millorar la vida útil de l'eina, ja que el cas alfa és molt abrasiu
Decapat químic: Les solucions d'HF-HNO₃ poden dissoldre la capa trencadissa
Mètodes abrasius: Sorra o mòlta (seguit de decapat per eliminar-lo completament)
La verificació de l'eliminació completa es pot realitzar gravant amb una solució de bifluorur d'amoni-la coloració gris clar indica la resta de casos alfa, mentre que el gris fosc indica metall base net.
3. Prevenció de la fragilitat de l'hidrogen
La contaminació per hidrogen és especialment perillosa per als aliatges de titani perquè es difon ràpidament a través de la xarxa metàl·lica, afectant potencialment tot el component en lloc de només la superfície. El contingut d'hidrogen superior a 150 ppm pot provocar una fragilitat a baixa-temperatura a causa de la formació d'hidrur.
Mesures de prevenció:
Assegureu-vos que les atmosferes del forn estiguin perfectament seques; la humitat es dissocia a altes temperatures per formar hidrogen i oxigen
Eviteu els contaminants d'oli, greixos i hidrocarburs a les peces i superfícies del forn, ja que la combustió incompleta produeix hidrogen
Mantenir atmosferes oxidants o neutres; Les atmosferes reductores afavoreixen l'absorció d'hidrogen
Utilitzeu aigua desionitzada per a qualsevol operació de neteja prèvia al tractament tèrmic; L'aigua normal de l'aixeta conté clorurs i fluorurs que poden causar contaminació
Eliminació d'hidrogen:Si es detecta contaminació per hidrogen (mitjançant anàlisi de fusió al buit), és necessari un tractament de deshidrogenació. Escalfar a 705-815 graus (1300-1500 graus F) al buit d'una micra o menys pot reduir el contingut d'hidrogen. La taxa d'eliminació depèn del gruix del component, la geometria, el temps i la temperatura. Les superfícies metàl·liques i del forn han d'estar netes i lliures d'òxid-per a una deshidrogenació eficient.
4. Neteja de superfícies i eliminació de contaminants
Abans del tractament tèrmic, els components de la placa de titani s'han de netejar minuciosament per eliminar tots els contaminants de la superfície que puguin causar degradació:
Contaminants prohibits:
Empremtes dactilars: Els olis corporals contenen clorurs i altres compostos que poden iniciar esquerdes per corrosió per estrès
Dissolvents clorats: Fins i tot els residus dels agents de neteja poden provocar esquerdes per corrosió per tensió per sobre d'aproximadament 230 graus (450 graus F)
Hidrocarburs: L'oli i el greix són les principals causes de fragilitat durant el tractament tèrmic
Metanol anhidre: Provoca esquerdes per corrosió per tensió en aliatges de titani; si s'ha d'utilitzar metanol, s'ha de diluir 50:50 amb aigua desionitzada, encara que molts fabricants ho eviten completament.
Àcid fluorhídric i àcids forts concentrats: corroeixen severament el titani i s'han d'evitar estrictament
Mètodes de neteja recomanats:
Solucions de neteja a base d'àcid nítric-o alcalines
Isopropanol com a dissolvent orgànic alternatiu (no provoca corrosió per estrès)
Esbandida amb aigua desionitzada després de totes les operacions de neteja
Comproveu que les peces de mostra neteges en banys àcids no mostren cap tipus d'hidrogen
5. Control de temperatura i temps
El control precís de la temperatura és essencial a causa de la forta influència de la temperatura de la solució en la metal·lúrgia i les propietats finals dels aliatges de titani:
Recuit de recristal·lització: Normalment es realitza a aproximadament 730 graus per a Ti-6Al-4V
Recuit d'alleujament d'estrès: Generalment es realitza a 500-650 graus
Tractament de solució: La selecció de temperatura depèn de la composició específica de l'aliatge i de la microestructura desitjada; consulteu les fitxes-específiques d'aliatge
El temps de remull a temperatura s'ha de reduir al mínim per evitar:
Creixement excessiu del gra, que redueix la duresa i la ductilitat
Difusió profunda d'oxigen i formació de casos alfa gruixuts
Recollida d'hidrogen a partir de traces de contaminants atmosfèrics
Distorsió de seccions de plaques primes
La uniformitat de la temperatura a tota la cambra del forn és fonamental per als components de la placa per garantir una microestructura i propietats mecàniques coherents a tota la peça.
6. Manipulació posterior al-tractament tèrmic
Avaluació de la pel·lícula d'òxid:Després del tractament tèrmic en gas inert o buit, el color de l'òxid superficial indica el nivell de contaminació:
Pel·lícula d'òxid groc clar: Pot ser acceptable sense eliminació
Pel·lícula d'òxid blau clar, blau o gris: S'ha d'eliminar segons les especificacions
Requisits de refrigeració:Per als components tractats amb calor al buit-, alguns estàndards aeroespacials recomanen refredar l'aire per sota dels 200 graus abans de l'exposició a l'atmosfera ambiental per minimitzar el xoc tèrmic i l'oxidació superficial.
Assajos mecànics:L'eficiència del tractament tèrmic s'ha de verificar mitjançant proves mecàniques adequades en lloc de proves de duresa soles, ja que la correlació entre la resistència i la duresa dels aliatges de titani és deficient. Les mostres d'assaig es poden tallar a partir de mostres representatives o a les parts tecnològiques.
7. Consideracions especials per a la placa fina i la làmina
Els components de plaques i làmines de titani presenten reptes específics:
Control de distorsió: Les seccions primes són propenses a deformar-se durant l'escalfament i el refredament; una fixació adequada i una calefacció uniforme són essencials
Torna{0}}la primavera: el baix mòdul d'elasticitat i l'alta resistència del titani provoquen una important reactivació{0}}durant el conformat en fred; El conformat en calent pot ser preferit per a formes complexes
Calefacció/refrigeració ràpida: Les plaques primes s'escalfen i es refreden ràpidament, la qual cosa requereix un temps precís per aconseguir la microestructura desitjada sense un creixement excessiu de gra ni estrès residual
Relació entre superfície-a-volum: proporcions més altes augmenten la susceptibilitat a la contaminació atmosfèrica, fent que el control de l'atmosfera sigui encara més crític
