1. Kaubanduslikult puhta titaani külmtöötlemine
1.1 Töötlemise raskused
Madala toatemperatuuri-mugavus ja töökõvenemise tundlikkus: toatemperatuuril on CP Ti-l HCP kristallstruktuur piiratud libisemissüsteemidega (ainult 3 sõltumatut libisemissüsteemi), mille tulemuseks on suhteliselt halb plastiline deformatsioonivõime võrreldes pind-keskse kuupmeetri (FCC) metallidega (nt alumiiniumisulam, austeniitne roostevaba teras). Veelgi enam, CP Ti-l on ülikõrge töökõvenemisaste,{5}}selle tugevus suureneb järsult koos külmdeformatsiooniastme suurenemisega. Näiteks pärast 20% külmvaltsimist võib 2. klassi CP Ti tõmbetugevus tõusta esialgselt 345–415 MPa-lt üle 550 MPa, samas kui selle pikenemine langeb 20–25% -lt alla 8%. See tähendab, et pideva külmvormimise (näiteks sügavtõmbe, painutamise) käigus on materjal altid pragunemisele, kui vahetöötlust ei tehta.
Kõrge deformatsioonikindlus: CP Ti on toatemperatuuril kõrge voolavuspiiri ja voolupingega. Näiteks 2. klassi CP Ti voolavuspiir on umbes 275–345 MPa, mis on oluliselt kõrgem kui 6061-T6 alumiiniumisulamil (umbes 240 MPa) ja lähedane madala süsinikusisaldusega terase omale (umbes 250–300 MPa). Külmtöötlemisel on vaja suuremaid vormimiskoormusi, mis seab kõrgemad nõuded vormimisseadmete jäikusele ja tonnaažile.
Pinnakvaliteedi tundlikkus: CP Ti-l on toatemperatuuril kõrge keemiline aktiivsus ja see on kalduvus moodustada pinnale kõva ja rabe oksiidkile (TiO₂). Külma deformatsiooni (näiteks tõmbamise ja rullimise) ajal on oksiidkile lihtne maha kukkuda ja põhjustada pinna kriimustusi või nakkumist vormiga, mis mõjutab tooriku pinnaviimistlust. Lisaks, kui pinnal on defekte (nt mikropraod), on külmtöötluse ajal kerge tekkida pinge kontsentratsioon, mis viib defektide laienemiseni ja tooriku isegi purunemiseni.
1.2 Protsessi erinõuded
Vahepealne anniilimistöötlus: Kui külmdeformatsiooniaste ületab 15–20%, tuleb läbi viia vahepealne pingevaba lõõmutamine või rekristallisatsiooni lõõmutamine, et kõrvaldada töökõvenemine, taastada materjali elastsus ja vältida pragunemist järgneval töötlemisel. Lõõmutamistemperatuur on üldiselt 600–700 kraadi ja säilivusaeg 0,5–2 tundi, ahju jahutamisega või õhkjahutusega, et tagada materjali ümberkristalliseerimine ja sisemise pinge kõrvaldamine.
Hallitus- ja määrimistehnoloogia: vorm peab olema valmistatud suure -kõvadusega ja kulumiskindlast-materjalist (nagu tsementeeritud karbiid või pinnakattega kiirteras-) ning pind tuleb hõõrdumise vähendamiseks poleerida. Samal ajal tuleb kasutada suure jõudlusega-määrdeaineid (nagu molübdeendisulfiidi-põhised määrdeained või spetsiaalsed titaani töötlemise õlid), et moodustada stabiilne määrdekile vormi ja töödeldava detaili vahele, vältida nakkumist ning vähendada deformatsioonikindlust ja pinna kriimustusi.
Pinna eeltöötlus: Enne külmtöötlemist tuleb titaantooriku pinna oksiidkile ja lisandid eemaldada näiteks peitsimisega (vesinikfluoriidhappe ja lämmastikhappe segahape, valem on tavaliselt 2–5% HF + 15–20% HNO₃ + vesi) või liivapritsiga, et tagada pinna puhtus ja pinna kvaliteet ning vältida tooriku mõjumist.
Kontrollitud deformatsioonikiirus ja deformatsiooni suurus: Külmdeformatsiooni kiirus peaks olema mõõdukas (tavaliselt kontrollitakse deformatsioonikiirust 0,001–0,1 s⁻¹). Liiga kiire deformatsioonikiirus põhjustab materjalil vähe aega plasti voolamiseks, mis põhjustab pragunemist; liiga aeglane kiirus vähendab tootmise efektiivsust. Samal ajal tuleks rangelt kontrollida ühekäigulist-deformatsiooni suurust (näiteks külmvaltsimise ühekäigulise-käigu vähendamise määr on üldiselt 5–10% ja ühekordse -käigu paindenurk ei ole suurem kui 30 kraadi) ning deformatsiooni ühtsuse tagamiseks tuleks kasutada väikese deformatsiooni korduvat käiku koos vahepealse lõõmutusega.
2. Kaubanduslikult puhta titaani kuumtöötlemine
2.1 Töötlemise raskused
Kitsas kuumtöötemperatuuri vahemik: CP Ti faasisiirdetemperatuur on umbes 882 kraadi (HCP struktuur (-faas) muudetakse sellest temperatuurist kõrgemal keha-keskse kuupmeetri (BCC) struktuuriks (-faas). Optimaalne kuumtöötlemistemperatuuri vahemik on üldiselt 700–850 kraadi (toatemperatuuri ja faasisiirdetemperatuuri vahel, st -faasipiirkonnas). Kui temperatuur on madalam kui 700 kraadi, on materjalil endiselt kõrge deformatsioonikindlus ja ilmne töökõvenemine; kui temperatuur ületab 850 kraadi (faasisiirdetemperatuuri lähedal), kasvab tera kiiresti, mille tulemuseks on tooriku jämeteraline struktuur, mis vähendab mehaanilisi omadusi (nagu sitkus ja väsimustugevus). Lisaks sellele, kui temperatuur ületab 882 kraadi ja siseneb -faasipiirkonda, muutub tera tõsiselt jämedaks ja pärast jahutamist tekivad isegi rabedad teradevahelised faasid, mis halvendavad oluliselt materjali jõudlust.
Kõrge{0}}temperatuuri oksüdatsiooni- ja saastetundlikkus: CP Ti on kõrgel temperatuuril (üle 400 kraadi) äärmiselt tugeva keemilise reaktsioonivõimega ning reageerib hapniku, lämmastiku, vesiniku ja muude õhugaasidega, moodustades hapraid pinnakihte:
Oksüdatsioon: poorse ja rabeda TiO₂ katlakivi moodustamine, mis vähendab töödeldava detaili pinna kvaliteeti ja mehaanilisi omadusi;
Nitrideerimine: TiN kõva ja rabeda faasi moodustamine, mis muudab materjali hapraks ja töötlemisel pragunemisohtlikuks;
Vesiniku absorptsioon: moodustab TiH rabeda faasi, mis põhjustab materjali vesiniku hapruse ja vähendab selle sitkust.
Madal soojusjuhtivus ja ebaühtlane temperatuurijaotus: CP Ti soojusjuhtivus on vaid umbes 1/5 terase omast ja 1/3 alumiiniumisulami omast. Kuumtöötlemise ajal on soojusülekanne materjali sees aeglane, mistõttu on lihtne põhjustada ebaühtlast temperatuurijaotust töödeldava detaili pinna ja südamiku vahel, mille tulemuseks on ebaühtlane deformatsioon ja sisepinge ning tooriku isegi pragunemine või deformatsioon.
2.2 Protsessi erinõuded
Täpne temperatuuri reguleerimine: Küttetemperatuuri tuleb rangelt kontrollida vahemikus 700–850 kraadi ja temperatuuri hälve ei tohi ületada ±10 kraadi. Kütteseadmed peaksid lahtise leegiga kütte asemel kasutama täppisjuhitavat-elektriahju või vaakumahju (et vältida kohalikku ülekuumenemist või ebaühtlast kuumutamist). Töötlemise ajal tuleks töödeldava detaili temperatuuri jälgida reaalajas (kasutades infrapuna temperatuuri mõõtmist või termopaari). Kui temperatuur langeb alla 700 kraadi, tuleb toorik uuesti kuumutamiseks ahju tagasi viia, et vältida töötlemist madalal -temperatuuril ja kõrge deformatsioonikindlusega tsoonis.
Kaitsev atmosfäär või pinnakate: Kõrgel temperatuuril{0}}oksüdatsiooni ja gaasisaaste vältimiseks võib võtta järgmisi kaitsemeetmeid.
Vaakumküte: töödeldava detaili kuumutamine vaakumkeskkonnas (vaakumi aste suurem või võrdne 10⁻3 Pa), et isoleerida täielikult õhk ja vältida gaasireaktsiooni;
Inertgaasi kaitse: kütteahju täitmine kõrge -puhtusastmega argooni või lämmastikuga (lämmastik sobib ainult madalal-temperatuuril kuumutamiseks alla 600 kraadi, et vältida nitridatsiooni), et moodustada kaitsekeskkond;
Pinna -oksüdatsioonivastane kate: Töödeldava detaili pinna katmine spetsiaalse anti-oksüdatsioonivastase kattega (nagu klaasi-põhine kate või boori-põhine kate), mis võib kõrgel temperatuuril moodustada tiheda kaitsekile hapniku ja lämmastiku isoleerimiseks.
Mõistlikud kuumtöötlemisprotsessi parameetrid: Kuumdeformatsiooni kiirust tuleks reguleerida vahemikus 0,1–10 s⁻¹ (CP Ti -faasil on selles deformatsioonikiiruse vahemikus parem plastilisus). Ühekordse -käigu deformatsiooni suurust tuleks asjakohaselt suurendada (tavaliselt 30–50%), et kasutada täielikult ära materjali kõrget plastilisust kõrgetel temperatuuridel ja vältida korduvaid väikeseid deformatsioone, mis põhjustavad tera jämedust. Pärast kuumtöötlemist tuleb töödeldavat detaili õigeaegselt jahutada (õhkjahutus või vesijahutus, olenevalt materjali kvaliteedist ja paksusest), et pärssida tera kasvu ja tagada peeneteraline struktuur.
Töötlemisjärgne kuumtöötlus-: Pärast kuumtöötlemist tuleb töödeldavale detailile sisepinge kõrvaldamiseks ja terade viimistlemiseks läbi viia pinget leevendav lõõmutamine või rekristalliseerimine. Lõõmutamise temperatuur on 600–700 kraadi ja säilivusaeg määratakse töödeldava detaili paksuse järgi (tavaliselt 1–3 tundi). Kõrgete jõudlusnõuetega toorikute puhul saab struktuuri ja omaduste edasiseks optimeerimiseks kasutada topeltlõõmutamist (esmalt kuumutamine 750 kraadini hoidmiseks, seejärel jahutamine 600 kraadini hoidmiseks ja lõpuks õhkjahutus).
