Titanyum Plaka Bileşenlerinin Isıl İşlemi Sırasında Temel Önlemler
1. Atmosfer Kontrolü: Birincil Konu
Titanyumun yüksek sıcaklıklardaki aşırı kimyasal reaktivitesi, atmosfer kontrolünü ısıl işlemde en kritik faktör haline getirir. Çelikten farklı olarak titanyum, hidrojen, karbon monoksit veya parçalanmış amonyak gibi geleneksel atmosferlerle korunamaz çünkü bu gazlarla kolayca reaksiyona girer.
Vakum Fırını (Tercih Edilen):Vakumlu ısıl işlem, titanyum plaka bileşenleri için en uygun seçimdir. Yalnızca atmosferik gazları değiştirmek yerine neredeyse tüm atmosferik gazları ortadan kaldırarak en yüksek düzeyde koruma sağlar. Vakumlu tavlama için, aşırı düşük basıncın neden olduğu vakum yüzeyi korozyonunu önlemek için çalışma basıncı genellikle 2x10⁻³ Pa'dan az olmamalıdır. Bazı uygulamalar kısmi basınç kontrolü için yüksek-saflıkta argon kullanır.
İnert Gaz Atmosferi:Vakumlu fırınlar kullanılamadığında, yüksek-saflıkta argon veya helyum atmosferleri yeterli koruma sağlayabilir. Bununla birlikte, kirlenmeyi önlemek için bu inert gazların bile yüksek oranda saflaştırılması,-nem ve eser miktarda yabancı madde içermemesi- gerekir. Argon saflığının genellikle %99,99'dan az olmaması gerekli olmakla birlikte, kritik havacılık uygulamaları için daha yüksek saflık gerekli olabilir.
Elektrikle Isıtmalı Fırınlar:Yakıtla çalışan{0}fırınlar yerine elektrikli fırınların kullanılması önemle tavsiye edilir. Yakıt-ateşlemeli fırınlar, hidrojen ve nem içeren ve titanyumu kirletebilen yanma yan ürünleri üretir. Yakıt-ateşlemeli fırınların kullanılması gerekiyorsa, atmosfer nötr veya hafif oksitleyici-olarak muhafaza edilmelidir, çünkü indirgeyici atmosferler hidrojen oluşumunu teşvik eder.
Daha önce çeliğin atmosferde ısıl işlemi için kullanılan fırınlar, titanyumun işlenmesinden önce amaçlanan gazla birkaç saat boyunca tamamen temizlenmelidir. Çatlamış amonyaktan veya diğer çelik-işleme atmosferlerinden gelen artık hidrojen, refrakter yarıklarda kalabilir ve titanyum parçaları kirletebilir. Hava üflemeli fırınlar için önemli hacimde ve sürede (örneğin, 4 saat boyunca dakikada 150 fit küp) bir hava-akımı tahliyesi önerilir.
2. Alfa Vaka Oluşumunun Önlenmesi
Alfa durumu, titanyumun oksijen varlığında yaklaşık 590–620 derecenin üzerine ısıtıldığında gelişen, kırılgan, oksijen-zenginleştirilmiş bir yüzey tabakasıdır. Bu katman son derece sert ve aşındırıcıdır; süneklik ve yorulma özelliklerini azaltırken sonraki işlemeyi zorlaştırır.
Minimizasyon Stratejileri:
Oksijen difüzyonunu sınırlamak için sıcaklıkta mümkün olan en kısa ısıtma sürelerini kullanın
Oksidasyon oranları sıcaklıkla katlanarak arttığından hassas sıcaklık kontrolünü koruyun
Vakum işlemi, alfa vaka oluşumunu tamamen ortadan kaldırır; işlem sonrası-yüzeyin çıkarılmasına gerek kalmaz
Kaldırma Gereksinimleri:Vakumlu olmayan veya saf olmayan inert atmosferlerde-ısıl işlem sırasında alfa durumu oluşursa, bileşen hizmete girmeden önce kirlenmiş katmanın tamamen kaldırılması gerekir. Kaldırma yöntemleri şunları içerir:
İşleme: Alfa kutusu oldukça aşındırıcı olduğundan takım ömrünü uzatmak için derin kesimler önerilir
Kimyasal dekapaj: HF-HNO₃ çözeltileri kırılgan tabakayı çözebilir
Aşındırıcı yöntemler: Kumlama veya taşlama (tamamen çıkarmak için ardından asitleme yapılır)
Tamamen çıkarmanın doğrulanması, amonyum biflorür çözeltisiyle dağlama yapılarak gerçekleştirilebilir-açık gri renk, kalan alfa durumunu gösterirken koyu gri, temiz ana metali gösterir.
3. Hidrojen Kırılganlığının Önlenmesi
Hidrojen kirlenmesi özellikle titanyum alaşımları için tehlikelidir çünkü metal kafes boyunca hızla yayılır ve potansiyel olarak yalnızca yüzeyden ziyade bileşenin tamamını etkiler. 150 ppm'yi aşan hidrojen içeriği, hidrit oluşumu yoluyla düşük-sıcaklıkta kırılganlaşmaya yol açabilir.
Önleme Tedbirleri:
Fırın atmosferlerinin tamamen kuru olduğundan emin olun; nem, yüksek sıcaklıklarda hidrojen ve oksijen oluşturmak üzere ayrışır
Eksik yanma hidrojen ürettiğinden parçalar ve fırın yüzeyleri üzerinde yağ, gres ve hidrokarbon kirleticilerinden kaçının.
Oksitleyici veya nötr atmosferleri koruyun; atmosferlerin azaltılması hidrojen emilimini artırır
Isıl işlem öncesinde tüm temizlik işlemleri için deiyonize su kullanın; sıradan musluk suyu kirlenmeye neden olabilecek klorürler ve florürler içerir
Hidrojen Giderimi:Hidrojen kirliliği tespit edilirse (vakum füzyon analizi yoluyla), dehidrojenasyon işlemi gereklidir. Bir mikron veya daha az vakumda 705–815 derecede (1300–1500 derece F) ısıtmak, hidrojen içeriğini azaltabilir. Kaldırma oranı bileşen kalınlığına, geometriye, zamana ve sıcaklığa bağlıdır. Etkili dehidrojenasyon için metal ve fırın yüzeyleri temiz ve oksitsiz- olmalıdır.
4. Yüzey Temizliği ve Kirleticilerin Giderilmesi
Isıl işlemden önce, titanyum plaka bileşenlerinin, bozulmaya neden olabilecek tüm yüzey kirleticilerini ortadan kaldırmak için titizlikle temizlenmesi gerekir:
Yasaklanan Kirleticiler:
Parmak izleri: Vücut yağları, stresli korozyon çatlamasını başlatabilen klorürler ve diğer bileşikler içerir
Klorlu solventler: Temizlik maddelerinin kalıntıları bile yaklaşık 230 derecenin (450 derece F) üzerinde gerilim korozyonu çatlamasına neden olabilir
Hidrokarbonlar: Yağ ve gres, ısıl işlem sırasında gevrekleşmenin başlıca nedenleridir
Susuz metanol: Titanyum alaşımlarında gerilim korozyonu çatlamasına neden olur; Metanol kullanılması gerekiyorsa, deiyonize suyla 50:50 oranında seyreltilmelidir, ancak birçok üretici bundan tamamen kaçınır.
Hidroflorik asit ve konsantre güçlü asitler: Bunlar titanyumu ciddi şekilde aşındırır ve kesinlikle kaçınılmalıdır.
Önerilen Temizleme Yöntemleri:
Nitrik asit-bazlı veya alkalin temizleme solüsyonları
Alternatif bir organik çözücü olarak izopropanol (gerilme korozyonuna neden olmaz)
Tüm temizlik işlemlerinden sonra deiyonize su ile durulama
Asit banyolarında temizlenen numune parçalarının hidrojen toplaması göstermediğini doğrulayın
5. Sıcaklık ve Zaman Kontrolü
Çözelti sıcaklığının titanyum alaşımlarının metalurjisi ve nihai özellikleri üzerindeki güçlü etkisi nedeniyle hassas sıcaklık kontrolü önemlidir:
Yeniden kristalleşme tavlaması: Tipik olarak Ti-6Al-4V için yaklaşık 730 derecede gerçekleştirilir
Gerilim giderme tavlaması: Genellikle 500–650 derecede yapılır
Çözüm tedavisi: Sıcaklık seçimi spesifik alaşım bileşimine ve istenen mikro yapıya bağlıdır; alaşıma özel-veri sayfalarına bakın
Aşağıdakileri önlemek için sıcaklıktaki ıslatma süresi en aza indirilmelidir:
Tokluğu ve sünekliği azaltan aşırı tane büyümesi
Derin oksijen difüzyonu ve kalın alfa vaka oluşumu
Eser miktardaki atmosferik kirletici maddelerden hidrojen toplanması
İnce plaka bölümlerinin bozulması
Fırın odası boyunca sıcaklık homojenliği, tüm parça boyunca tutarlı mikro yapı ve mekanik özellikler sağlamak amacıyla plaka bileşenleri için kritik öneme sahiptir.
6.-Isıl İşlem Sonrası İşleme
Oksit Film Değerlendirmesi:İnert gaz veya vakumda ısıl işlemden sonra yüzey oksit rengi kirlilik seviyesini gösterir:
Açık sarı oksit film: Kaldırılmadan kabul edilebilir
Açık mavi, mavi veya gri oksit film: Spesifikasyonlara göre çıkarılmalıdır
Soğutma Gereksinimleri:Vakumla ısıl-işlem görmüş bileşenler için, termal şoku ve yüzey oksidasyonunu en aza indirmek amacıyla bazı havacılık standartları tarafından ortam atmosferine maruz bırakılmadan önce havanın 200 derecenin altına soğutulması tavsiye edilir.
Mekanik Test:Titanyum alaşımlarında mukavemet ve sertlik arasındaki korelasyon zayıf olduğundan, ısıl işlemin etkinliği tek başına sertlik testi yerine uygun mekanik testlerle doğrulanmalıdır. Test numuneleri temsili numunelerden veya parçalardaki teknolojik paylardan kesilebilir.
7. İnce Levha ve Sac İçin Özel Hususlar
Titanyum plaka ve levha bileşenleri belirli zorlukları beraberinde getirir:
Bozulma kontrolü: İnce kesitler ısıtma ve soğutma sırasında bükülmeye eğilimlidir; uygun fikstür ve eşit ısıtma önemlidir
Geri-ilk bahar: Titanyumun düşük elastiklik modülü ve yüksek mukavemeti, soğuk şekillendirme sırasında önemli ölçüde geri yaylanmaya- neden olur; Karmaşık şekiller için sıcak şekillendirme tercih edilebilir
Hızlı ısıtma/soğutma: İnce plakalar hızla ısınır ve soğur; aşırı tane büyümesi veya artık gerilim olmadan istenen mikro yapıya ulaşmak için hassas zamanlama gerektirir
Yüzey alanı-/hacim oranı-: Daha yüksek oranlar atmosferik kirlenmeye karşı duyarlılığı artırarak atmosfer kontrolünü daha da kritik hale getirir
