Parantaa TC11-metalliseosputken kovuutta ja kulutuskestävyyttä
Mar 13, 2024
Miksi titaaniseosputki kuluu
TC11 on Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si alfa-beeta-seos, joka toimitetaan kiinalaisessa käytännössä GB/T 3620.1 -merkintäjärjestelmällä, jonka beta-transus on lähellä 1000 C ja huoneenlämpötilan kovuus noin 6H-3603-olosuhteissa. Liukuhuollon ongelmana ei ole bulkkilujuus, vaan pintakäyttäytyminen: titaanin oksidikalvo on ohut, se kestää huonosti liiman kulumista ja titaanilla on taipumus sappiutua itseään ja terästä vasten. Hydraulisylintereissä, kulutustyynyissä ja liukuholkeissa käytettävät letkut tarvitsevat siksi karkaistun pintakerroksen, ja alla olevat vaihtoehdot eroavat pääasiassa kerrosten kovuudesta, liimauslaadusta ja lämpötilasta, jonka putken tulee kestää.
Typpitys ja terminen hapetus
Nitraus on yksinkertaisin reitti. Putken pitäminen typpeä- kantavassa ilmakehässä 800-900 C:ssa tuottaa TiN- ja Ti2N-pintakerroksen, jonka Vickersin pintakovuus on 700 HV tai enemmän, ja happea tai ilmaa voidaan lisätä paksumman diffuusiovyöhykkeen rakentamiseksi. Haittoja ovat mittojen kasvu, paksun seoskerroksen hauraus ja se, että käsittelylämpötila tuhoaa putken muokatun rakenteen, ellei koko komponenttia myöhemmin lämpökäsitetä. Lämpöhapetus ilmassa 600-800 C:ssa on edullisempi variantti, joka kasvattaa kohtalaisen kovuuden TiO2-kerroksen ja parantaa hankauskestävyyttä, ja sitä voidaan levittää valmiiseen putkeen ilman suuria vääristymiä.
Hiiletys ja TiC{0}}pintakerrokset
Titaanin hiiletys tuottaa pinnalle TiC-faasin, jonka kovuus on useita kertoja substraatin kovuus. Rajoituksena on sidos: yksinkertaisella hiiletyksellä muodostettu TiC-kerros kiinnittyy huonosti alustaan ja halkeilee kuormituksen alaisena, joten sitä käytetään yleensä komposiittina pinnoitteen sijaan. Kun vaatimus on kulumista kestävä sisäosa tai holkki monoliittisen putken sijaan, TiC-faasia käytetään sintratun komposiitin kovana ainesosana. Tätä reittiä ohjaa sintraussykli, ja parametrit ovat kapeat: TiC--pohjaisten komposiiteiden, joissa on terässidosfaasi, lopullista sintrauslämpötilaa käytetään, kun lämpötila pidetään riittävän alhaisena, jotta sidosfaasi ei katoa nestemäisenä metallina ja kova faasi sulautumasta murtumislähteeksi.
| Menetelmä | Tyypillinen lämpötila | Pinnan kovuus | Päärajoitus |
|---|---|---|---|
| Nitraus | 800-900 C | 700 HV tai enemmän | Hauras yhdistekerros, vääristymä |
| Terminen hapetus | 600-800 C | Kohtalainen, TiO2-kerros | Ohut kerros, rajoitettu kantavuus |
| Hiiletys | 900-1000 C ja yli | TiC, useita kertoja substraattia | Huono tarttuvuus alustaan |
| Sintrattu TiC-komposiitti | Noin 1420 C | Kova vaihe plus sideaine | Ei sovellu tavalliseen putkeen |
Sintraussyklin ohjaus
Komposiittireitillä lämmitysnopeus on yhtä tärkeä kuin huippulämpötila. Matalan-lämpötilan de-sitoutumisvaiheen aikana tiivisteellä on oltava aikaa lievittää tiivistysjännitystä ja vapauttaa muodostusaine; Liian nopea kuumennus vangitsee haihtuvat aineet höyrynä ja aiheuttaa halkeamia tai mikrosäröilyä. Noin 900 C yläpuolella pelkistysvaiheessa tarvitaan riittävästi aikaa raakajauheiden mukanaan tuoman haihtuvien aineiden ja hapen poistamiseen. Nestefaasin-sintrausvaiheessa lämpötilan nousua hidastetaan jälleen niin, että aihio seostuu kokonaan. Muodostus-aineen poisto, pelkistys ja nestefaasisintraus ovat siis kolme erillistä vaihetta, joista jokaisella on oma ramppi ja pito, ja yhden ohittaminen aiheuttaa huokoisuutta tai heikon rajapinnan.
Usein kysytyt kysymykset
Q:Voidaanko nitrausta levittää valmiiseen putkeen?
V: Vain huolella. 800-900 C käsittely aiheuttaa vääntymiä ja kasvua, joten hiontavaraa on jätettävä tai putki nitrattava ennen lopullista mitoitusta.
Q:Miksi hiiltynyt kerros halkeilee?
V: TiC-faasi sitoutuu huonosti titaanisubstraattiin ja on hauras. Paksu jatkuva kerros halkeilee kosketuskuormituksen vaikutuksesta ja nousee pois.
Q:Mitä kovuutta voidaan odottaa typpitöistä?
V: Pinta Vickers -kovuus 700 HV tai enemmän on saavutettavissa 800-900 C:n käsittelylämpötiloissa, jolloin syvyyttä säätelevät aika ja lämpötila.
Q:Onko valmiille osalle tehty kovuustesti?
V: Mikrokovuustestaus ASTM E384:n mukaisesti leikatulle näytteelle on tavallinen menetelmä, koska bulkkikovuuslukemaa hallitsee pehmeä substraatti.
Q:Mikä on ylikuumenemisen riski sintrauksen aikana?
V: Liiallinen lämpötila ajaa sidosvaiheen nestehäviöön ja antaa kovan faasin sulautua ja kasvaa, jolloin syntyy murtuman alkamiskohtia, jotka epäonnistuvat komponentin käytössä.
