1. Komerciāli tīra titāna aukstā apstrāde
1.1. Apstrādes grūtības
Zemas telpas{0}}temperatūras elastība un darba sacietēšanas jutība: istabas temperatūrā CP Ti ir HCP kristāla struktūra ar ierobežotām slīdēšanas sistēmām (tikai 3 neatkarīgas slīdēšanas sistēmas), kā rezultātā ir salīdzinoši slikta plastiskā deformācijas spēja, salīdzinot ar -centrētu kubisko (FCC) metāliem (piemēram, alumīnija sakausējumu, austenīta nerūsējošo tēraudu). Turklāt CP Ti ir ārkārtīgi augsts sacietēšanas ātrums,{5}}tā stiprība strauji palielinās, palielinoties aukstās deformācijas pakāpei. Piemēram, pēc 20% aukstās velmēšanas 2. pakāpes CP Ti stiepes izturība var pieaugt no sākotnējiem 345–415 MPa līdz vairāk nekā 550 MPa, savukārt tā pagarinājums samazinās no 20–25% līdz mazāk nekā 8%. Tas nozīmē, ka nepārtrauktas aukstās formēšanas laikā (piemēram, dziļa vilkšana, locīšana) materiāls ir pakļauts plaisāšanai, ja netiek veikta starpapstrāde.
Augsta deformācijas izturība: CP Ti ir augsta tecēšanas robeža un plūsmas spriegums istabas temperatūrā. Piemēram, 2. klases CP Ti tecēšanas robeža ir aptuveni 275–345 MPa, kas ir ievērojami augstāka nekā 6061-T6 alumīnija sakausējuma (apmēram 240 MPa) un tuvu zema oglekļa satura tērauda (apmēram 250–300 MPa). Aukstās apstrādes laikā nepieciešamas lielākas formēšanas slodzes, kas izvirza augstākas prasības formēšanas iekārtu stingrībai un tonnāžai.
Virsmas kvalitātes jutība: CP Ti ir augsta ķīmiskā aktivitāte istabas temperatūrā, un tā var uz virsmas veidot cietu un trauslu oksīda plēvi (TiO₂). Aukstās deformācijas (piemēram, vilkšanas un velmēšanas) laikā oksīda plēve var viegli nokrist un izraisīt virsmas skrāpējumus vai saķeri ar veidni, ietekmējot sagataves virsmas apdari. Turklāt, ja virsmai ir defekti (piemēram, mikroplaisas), aukstās apstrādes laikā viegli var rasties sprieguma koncentrācija, kas noved pie defektu paplašināšanās un pat sagataves lūzuma.
1.2. Īpašās procesa prasības
Starpposma atkausēšanas apstrāde: Ja aukstās deformācijas pakāpe pārsniedz 15–20%, ir jāveic starpposma spriedzes atlaidināšana vai rekristalizācijas atkvēlināšana, lai novērstu darba sacietēšanu, atjaunotu materiāla elastību un izvairītos no plaisāšanas turpmākajā apstrādē. Atkausēšanas temperatūra parasti ir 600–700 grādi, un turēšanas laiks ir 0,5–2 stundas ar krāsns dzesēšanu vai gaisa dzesēšanu, lai nodrošinātu materiāla pārkristalizāciju un iekšējā sprieguma novēršanu.
Veidņu un eļļošanas tehnoloģija: Veidnei jābūt izgatavotai no augstas -cietības un nodilumizturīgiem- materiāliem (piemēram, cementēta karbīda vai ātrgaitas tērauda ar virsmas pārklājumu), un virsma ir jānopulē, lai samazinātu berzi. Tajā pašā laikā ir jāizmanto augstas veiktspējas smērvielas (piemēram, smērvielas uz molibdēna disulfīda{5}} vai īpašas titāna apstrādes eļļas), lai izveidotu stabilu eļļošanas plēvi starp veidni un apstrādājamo priekšmetu, novērstu saķeri un samazinātu izturību pret deformāciju un virsmas skrāpējumiem.
Virsmas pirmapstrāde: Pirms aukstās apstrādes virsmas oksīda plēve un piemaisījumi no titāna sagataves jānoņem ar tādām metodēm kā kodināšana (fluorūdeņražskābes un slāpekļskābes jauktā skābe, formula parasti ir 2–5% HF + 15–20% HNO₃ + ūdens) vai smilšu strūklu, lai nodrošinātu virsmas tīrību un virsmas līdzenumu un sagataves triecienu.
Kontrolēts deformācijas ātrums un deformācijas apjoms: Aukstās deformācijas ātrumam jābūt mērenam (parasti deformācijas ātrums tiek kontrolēts pie 0,001–0,1 s⁻¹). Pārāk strauja deformācijas ātruma dēļ materiālam nebūs pietiekami daudz laika plastmasas plūsmai, izraisot plaisāšanu; pārāk lēns ātrums samazinās ražošanas efektivitāti. Tajā pašā laikā ir stingri jākontrolē viena-pārkāpuma deformācijas apjoms (piemēram, aukstās velmēšanas viena-pārkāpuma samazinājuma ātrums parasti ir 5–10%, un vienas -pārejas lieces leņķis nav lielāks par 30 grādiem), un, lai nodrošinātu vienmērīgu deformāciju, ir jāpieņem vairākas nelielas deformācijas gājienus ar starpposma atlaidināšanu.
2. Komerciāli tīra titāna karstā apstrāde
2.1. Apstrādes grūtības
Šaurs karstās darba temperatūras diapazons: CP Ti fāzes pārejas temperatūra ir aptuveni 882 grādi (HCP struktūra (-fāze) tiek pārveidota par ķermeņa -centrētu kubisko (BCC) struktūru (-fāze) virs šīs temperatūras). Optimālais karstās darba temperatūras diapazons parasti ir 700–850 grādi (starp istabas temperatūru un fāzes pārejas temperatūru, ti, -fāzes reģionā). Ja temperatūra ir zemāka par 700 grādiem, materiālam joprojām ir augsta deformācijas izturība un acīmredzama darba sacietēšana; ja temperatūra pārsniedz 850 grādus (tuvu fāzes pārejas temperatūrai), graudi strauji pieaugs, kā rezultātā sagatavei izveidosies rupja graudu struktūra, kas samazina mehāniskās īpašības (piemēram, stingrību un noguruma izturību). Turklāt, ja temperatūra pārsniedz 882 grādus un nonāk -fāzes zonā, graudi tiks nopietni rupji un pēc atdzesēšanas veidosies pat trauslas starpgraudu fāzes, kas būtiski pasliktinās materiāla veiktspēju.
Augstas{0}}temperatūras oksidācijas un piesārņojuma jutīgums: CP Ti ir ārkārtīgi spēcīga ķīmiskā reaktivitāte augstā temperatūrā (virs 400 grādiem), un tas reaģēs ar skābekli, slāpekli, ūdeņradi un citām gāzēm gaisā, veidojot trauslus virsmas slāņus:
Oksidēšana: veidojas poraina un trausla TiO₂ skala, kas samazina apstrādājamās detaļas virsmas kvalitāti un mehāniskās īpašības;
Nitridēšana: veido TiN cieto un trauslo fāzi, kas padara materiālu trauslu un pakļauti plaisāšanai apstrādes laikā;
Ūdeņraža absorbcija: veido TiH trauslu fāzi, kas izraisa materiāla trauslumu ar ūdeņradi un samazina tā stingrību.
Zema siltumvadītspēja un nevienmērīgs temperatūras sadalījums: CP Ti siltumvadītspēja ir tikai aptuveni 1/5 no tērauda siltumvadītspējas un 1/3 no alumīnija sakausējuma siltumvadītspējas. Karstās apstrādes laikā siltuma pārnese materiāla iekšienē ir lēna, kas var viegli izraisīt nevienmērīgu temperatūras sadalījumu starp virsmu un sagataves serdi, kā rezultātā rodas nevienmērīga deformācija un iekšējais spriegums, kā arī sagataves pat plaisāšana vai deformācija.
2.2. Īpašās procesa prasības
Precīza temperatūras kontrole: Apkures temperatūra ir stingri jākontrolē diapazonā no 700 līdz 850 grādiem, un temperatūras novirze nedrīkst pārsniegt ±10 grādus. Sildīšanas iekārtām ir jāizmanto precīzi -vadāma elektriskā krāsns vai vakuuma krāsns, nevis sildīšana ar atklātu liesmu (lai izvairītos no lokālas pārkaršanas vai nevienmērīgas sildīšanas). Apstrādes laikā sagataves temperatūra jāuzrauga reāllaikā (izmantojot infrasarkanās temperatūras mērīšanu vai termopāri). Ja temperatūra nokrītas zem 700 grādiem, apstrādājamā detaļa ir jāatgriež atpakaļ krāsnī uzsildīšanai, lai izvairītos no apstrādes zemas -temperatūras zonā ar augstu deformācijas pretestību.
Aizsargājoša atmosfēra vai virsmas pārklājums: lai novērstu oksidēšanos augstā temperatūrā{0}} un gāzes piesārņojumu, var veikt šādus aizsardzības pasākumus:
Vakuuma apkure: sagataves karsēšana vakuuma vidē (vakuuma pakāpe ir lielāka vai vienāda ar 10⁻³ Pa), lai pilnībā izolētu gaisu un izvairītos no gāzes reakcijas;
Inertās gāzes aizsardzība: sildīšanas krāsns piepildīšana ar augstas -tīrības argonu vai slāpekli (slāpeklis ir piemērots tikai zemas-temperatūras karsēšanai zem 600 grādiem, lai izvairītos no nitridēšanas), lai izveidotu aizsargājošu atmosfēru;
Virsmas antioksidācijas pārklājums: Pirms karsēšanas apstrādājamās detaļas virsmu pārklāj ar īpašu antioksidācijas pārklājumu (piemēram, stikla- vai bora{2} pārklājumu), kas augstā temperatūrā var izveidot blīvu aizsargplēvi, lai izolētu skābekli un slāpekli.
Saprātīgi karstās apstrādes procesa parametri: Karstās deformācijas ātrums jākontrolē pie 0,1–10 s⁻¹ (CP Ti -fāzei ir labāka plastiskums šajā deformācijas ātruma diapazonā). Viena -pārejas deformācijas apjoms ir atbilstoši jāpalielina (parasti par 30–50%), lai pilnībā izmantotu materiāla augsto plastiskumu augstās temperatūrās un izvairītos no vairākām nelielām deformācijām, kas izraisa graudu rupjību. Pēc karstās apstrādes sagatave ir laikus jāatdzesē (atdzesē ar gaisu vai ūdeni, atkarībā no materiāla pakāpes un biezuma), lai nomāktu graudu augšanu un nodrošinātu smalku{8}}graudainu struktūru.
Pēc{0}}apstrādes termiskā apstrāde: Pēc karstās apstrādes apstrādājamā detaļa ir jāpakļauj spriedzes atlaidināšanai vai pārkristalizācijas atkvēlināšanai, lai novērstu iekšējo spriegumu un izsmalcinātu graudus. Atkausēšanas temperatūra ir 600–700 grādi, un turēšanas laiku nosaka atkarībā no sagataves biezuma (parasti 1–3 stundas). Apstrādājamām detaļām ar augstām veiktspējas prasībām var izmantot dubulto atkausēšanu (vispirms karsēšana līdz 750 grādiem noturēšanai, pēc tam atdzesēšana līdz 600 grādiem noturēšanai un visbeidzot gaisa dzesēšana), lai vēl vairāk optimizētu struktūru un īpašības.
