При резке и механической обработке одним из наиболее типичных дефектов является наклеп.
Поскольку Ti‑6Al‑4V подвергается сильной пластической деформации во время резки, поверхностный слой становится чрезвычайно твердым, что ускоряет износ инструмента и вызывает разрывы, истирание и царапины на обработанной поверхности. Другая распространенная проблема — высокая температура резания, вызванная низкой теплопроводностью. Большая часть тепла, выделяемого во время обработки, концентрируется в зоне резания, а не рассеивается на заготовке или стружке. Такая высокая температура приводит к прилипанию инструмента, диффузному износу и наростам на кромке (BUE), что приводит к плохой шероховатости поверхности, отклонению размеров и даже микротрещинам. Кроме того, из-за низкого модуля упругости титанового сплава во время точения или фрезерования легко возникают пружинение и вибрация, вызывающие нестабильность размеров, конусность и следы вибрации на поверхности.
В процессах горячей обработки, таких как ковка и прокатка, дефекты тесно связаны с контролем температуры и однородностью деформации.
Растрескивание является критическим дефектом, особенно на поверхности или по краям. Высокотемпературное охрупчивание альфа-корпуса, неравномерный нагрев или чрезмерная скорость деформации могут привести к образованию краевых, поверхностных или внутренних межкристаллитных трещин. Другой типичный дефект — образование альфа-корпуса — твердого и хрупкого слоя, обогащенного кислородом, образующегося при нагреве сплава на воздухе без защитной атмосферы. Этот альфа-корпус снижает пластичность, усталостные характеристики и ударопрочность. Кроме того, неправильная ковка может привести к образованию крупнозернистой структуры, что снижает прочность и ударную вязкость. Неравномерная деформация также может вызвать нарушение линий тока, что значительно снижает усталостную долговечность ключевых компонентов конструкции.
Неправильные параметры во время термообработки могут привести к перегреву, старению или концентрации остаточных напряжений.
Перегрев приводит к аномальному росту зерен и хрупкой микроструктуре. Перестаривание в процессе STA значительно снижает прочность и твердость. Недостаточное охлаждение или неравномерный нагрев вызывают остаточное напряжение, которое может привести к деформации, короблению или даже замедленному растрескиванию после механической обработки. Неправильная термообработка после сварки сварных компонентов легко приводит к остаточным напряжениям и деформации сварного шва, влияя на стабильность размеров.
При сварочной обработке распространенными дефектами являются пористость, неполное проваривание и растрескивание сварного шва.
Титан имеет высокое химическое сродство к кислороду, азоту и водороду при высоких температурах. При недостаточности защитной атмосферы происходит газопоглощение, приводящее к пористости и повышенной хрупкости. Поглощение водорода особенно вредно и может привести к замедленному водородному крекингу. Кроме того, быстрый нагрев и охлаждение во время сварки создают большие остаточные напряжения, что приводит к деформации сварного шва и образованию горячих трещин. В сварном шве и зоне термического влияния часто наблюдается закалка и потеря пластичности, что снижает общую целостность конструкции.
Типичные дефекты во время литья включают усадочную полость, усадочную пористость, включения и сегрегацию.
Титан имеет высокую температуру плавления и высокую химическую активность, поэтому его плавку необходимо производить в вакууме или защитной атмосфере. Неправильная температура заливки и заполнение формы легко приводят к усадке и пористости. Неметаллические включения существенно снижают усталостную прочность. Химическая сегрегация может привести к неравномерной микроструктуре и характеристикам.
Таким образом, из-за присущих ему физических и химических свойств титановый сплав класса 5 склонен к наклепу, поверхностному истиранию, высокотемпературному износу инструмента, альфа-корпусу, трещинам, остаточным напряжениям, пористости и деформации во время обработки..
Эти дефекты можно эффективно уменьшить или избежать, строго контролируя параметры обработки, используя специальные инструменты, применяя защитную атмосферу, оптимизируя процедуры нагрева и охлаждения и осуществляя разумную термообработку после обработки. Понимание этих распространенных дефектов и механизмов их образования необходимо для повышения уровня квалификации продукции, обеспечения механических характеристик и продления срока службы в промышленных целях.
