Výber predliatku a cesta špecifikácie
Výkovok začína tyčou alebo predvalkom podľa ASTM B348 alebo AMS 4928 pre Ti-6Al-4V alebo komerčne čistými druhmi, kde na tvárnosti a odolnosti proti korózii záleží viac ako na pevnosti. Ti-6Al-4V nesie UNS R56400 a je zďaleka najrozšírenejšou zliatinou titánu: kombinuje minimálnu pevnosť v ťahu približne 895 MPa s užitočnou húževnatosťou a zvárateľnosťou a väčšinu tejto pevnosti si zachováva do približne 400 stupňov . Zliatiny blízke alfa a beta sa vyberajú vtedy, keď prevádzková teplota ďalej stúpa alebo keď sa vyžaduje vyšší pomer pevnosti k hmotnosti.
Hotové výkovky sú certifikované podľa ASTM B381, ktorý zahŕňa chémiu, tolerancie a mechanické vlastnosti, a podľa AMS 4928 pre letecké tyče a výkovky. Lekárske výkovky spĺňajú normy ISO 5832-3 alebo ASTM F1472 a extra-materiál triedy 23 s nízkou intersticiálnosťou pridáva limit kyslíka, aby sa zachovala lomová húževnatosť a únavové správanie.
Vykurovanie okien a Beta Transus
Okno kovania je nastavené beta transusom, ktorý je pre Ti-6Al-4V blízky 995 stupňom . Alfa plus beta zliatiny sú kované v dvojfázovom poli, typicky 900 – 980 stupňov, asi 30 až 60 stupňov pod transusom, čo rekryštalizuje štruktúru na jemné rovnoosé alfa v transformovanej beta matrici. Pri práci nad transusom vznikajú hrubé Widmanstattenove platne so slabou ťažnosťou pri izbovej teplote, zatiaľ čo práca pri príliš nízkych teplotách zvyšuje prietokové napätie a hrozí riziko praskania povrchu.
Pretože titán absorbuje kyslík, dusík a vodík agresívne nad 500 stupňov , atmosféra pece a čas pri teplote sú riadené postupom a akákoľvek vytvorená povrchová vrstva obohatená kyslíkom- sa odstráni pri neskoršom obrábaní alebo morení. Predvalky sú pred zahriatím očistené od okovín, oleja a nečistôt otryskaním, opracovaním alebo morením, takže povrchové chyby nie sú vtláčané do dielu.
Kovacie operácie
Otvorené-zápustkové kovanie vytvára veľké jednoduché tvary medzi plochými zápustkami pomocou lisu alebo kladiva, čo je flexibilné a lacné, ale s obmedzenou rozmerovou presnosťou. Uzavreté-zápustkové kovanie tvaruje predvalok v dutine zápustky, ktorá riadi tok vlákna a konečný obrys, a je to normálna cesta pre komponenty, ako sú kotúče, čepele a konštrukčné armatúry. Izotermické a horúce-kovanie v zápustke udržuje zápustku pri teplote predvalku alebo blízko nej, aby sa obmedzilo chladenie zápustky a umožnilo sa plnenie tenších sekcií, čo vyhovuje zložitým-sieťovým častiam. Každá operácia je definovaná sekvenciou lisovnice s medzičistením a v prípade potreby opätovným ohrevom.
Tepelné spracovanie a kontrola mikroštruktúry
Dominujú dve liečby. Mlynské žíhanie je rekryštalizačná úprava v dvojfázovom poli, po ktorej nasleduje vzduchové chladenie, ktoré uvoľňuje napätie a poskytuje stabilnú štruktúru alfa plus beta pre všeobecné použitie. Ošetrenie roztokom a starnutie, zvyčajne nazývané STA, sa zahreje do dvojfázového poľa blízko 955 stupňov, ochladí sa vo vode a potom niekoľko hodín starne pri teplote 480 – 595 stupňov; toto zvyšuje pevnosť za určitú cenu v ťažnosti. Tepelné spracovanie je zaznamenané na certifikáte spolu s výslednými hodnotami ťahu, prieťažnosti a predĺženia a tvrdosť je kontrolovaná ako kontrola šarže.
Inšpekcia a kontrola kvality
Ultrazvuková kontrola kovaného a tepelne spracovaného dielu zisťuje vnútorné dutiny, preliačiny a alfa inklúzie.
Hĺbka puzdra Alpha sa meria na reze a vrstva sa pred uvoľnením dielu odstráni opracovaním alebo morením.
Kontrola makro-leptania a mikro{1}}štruktúry potvrdzuje tok zŕn, absenciu beta škvŕn a požadovaný rovnoosý stav.
Mechanické testovanie na šaržu zahŕňa pevnosť v ťahu, medzu klzu, predĺženie a zmenšenie plochy s tvrdosťou každého kusu.
Rozmerová kontrola sa vykonáva oproti výkresu so súradnicovým meraním kritických rozhraní.
Bežná mylná predstava je, že teplejšie alebo dlhšie namáčanie zlepšuje kvalitu kovania; v praxi poháňa rast zrna a zvyšuje spotrebu kyslíka, takže prijateľné okno je zámerne úzke. Kovanie na minimálne vlastnosti špecifikácie pri ignorovaní štruktúry tiež zlyhá v prevádzke, pretože únavová životnosť je riadená skôr morfológiou zŕn než samotnými číslami v ťahu.
Často kladené otázky
Otázka: Ktorá norma sa vzťahuje na titánové výkovky pre všeobecné strojárstvo?
Odpoveď: ASTM B381 sa vzťahuje na kované výkovky z titánu vrátane Ti-6Al-4V a letecké práce sa zvyčajne tiež uvoľňujú podľa AMS 4928.
Otázka: Prečo musí kovanie zostať pod beta transusom?
Odpoveď: Kovanie nad ním vytvára hrubé Widmanstattenove štruktúry so zníženou ťažnosťou a odolnosťou proti únave, takže sa namiesto toho používa dvojfázové pole.
Otázka: Čo je alfa puzdro a prečo je odstránené?
Odpoveď: Je to povrchová vrstva obohatená kyslíkom a dusíkom vytvorená pri vysokej teplote. Je tvrdá a krehká, preto sa pred uvedením dielu do prevádzky opracuje alebo odmorí.
Otázka: Čo mení tepelné spracovanie STA?
Odpoveď: Ošetrenie roztokom a starnutie zvyšujú pevnosť v ťahu a medzu klzu na úkor určitej ťažnosti a vyberajú sa tam, kde je dizajn poháňaný pevnosťou.
Otázka: Ako sa zisťujú vnútorné chyby?
A: Ultrazvuková kontrola sa vykonáva po tepelnom spracovaní, doplnená o makro a mikroštrukturálne vyšetrenie na reze z dávky.
