คุณสมบัติกระบวนการของไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรม: การขึ้นรูป การเชื่อม และการตัดเฉือน

ไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรมเป็นโลหะผสมอัลฟา: โครงตาข่ายปิดหกเหลี่ยม-จะคงตัวที่อุณหภูมิห้องและเปลี่ยนรูปเป็นเฟสเบต้าลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลางที่สูงกว่าประมาณ 882 C โลหะดังกล่าวมีการยืดตัว 50 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ในสภาวะที่มีความบริสุทธิ์สูง- และพื้นที่ลดลง 70 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ แต่การเติมสิ่งเจือปนระหว่างหน้าและสารทดแทนเล็กน้อยจะช่วยเพิ่มความแข็งแกร่ง อย่างรวดเร็ว นั่นคือเหตุผลว่าทำไมออกซิเจนและเหล็กถึงสองสามเปอร์เซ็นต์จึงเปลี่ยนโลหะที่มีความเหนียวอ่อนให้เป็นวัสดุโครงสร้างที่ยังคงขึ้นรูปได้

โครงสร้างเกรดและเคมี

ค่าข้างต้นเป็นข้อกำหนดที่ผ่านการอบอ่อนของ ASTM B265 ซึ่งครอบคลุมแถบ แผ่น และแผ่นไทเทเนียม แท่งและบิลเล็ตได้รับการสั่งซื้อตามมาตรฐาน ASTM B348, ท่อสำหรับคอนเดนเซอร์และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตามมาตรฐาน ASTM B338 และเกรดการปลูกถ่ายตามมาตรฐาน ASTM F67

การขึ้นรูปเย็นและการสปริงกลับ

ไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ดึง โค้งงอ และยืดได้ดี และเกรด 1 จะถูกเลือกเป็นประจำเมื่อจำเป็นต้องขึ้นรูปอย่างรุนแรง การออกแบบเครื่องมือมีคุณลักษณะสองประการของกระบวนการ ขั้นแรก โมดูลัสยืดหยุ่นประมาณ 102 GPa มีค่าประมาณครึ่งหนึ่งของโมดูลัสของเหล็ก ดังนั้นสปริงแบ็คจึงมีขนาดใหญ่และต้องเปิดรัศมีการโค้งงอออก ไม่เช่นนั้นชิ้นส่วนจะงอ- ประการที่สอง น้ำดีของไทเทเนียมขัดกับเครื่องมือที่เป็นเหล็ก ดังนั้นแม่พิมพ์ขึ้นรูปมักจะถูกขัด เคลือบ หรือหล่อลื่นด้วยสารประกอบขึ้นรูปที่มีน้ำหนักมาก การดึงลึกมีประโยชน์จากการขึ้นรูปด้วยความร้อน และการอบอ่อนระดับกลางช่วยคืนความเหนียวหลังจากการลดลงอย่างมาก

การเชื่อมและการป้องกันก๊าซเฉื่อย-

ไทเทเนียมสามารถเชื่อมได้ด้วยกระบวนการทังสเตนแก๊ส พลาสมา และลำแสงอิเล็กตรอน แต่บ่อหลอมเหลวและโลหะร้อนที่อยู่ด้านหลังจะต้องได้รับการปกป้องจนกว่าอุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่าประมาณ 600 C เกราะป้องกันตามหลัง ไล่แก๊สที่ด้านหลังของข้อต่อ และอาร์กอนที่แห้งและสะอาดถือเป็นแนวปฏิบัติมาตรฐาน การรับออกซิเจนและไนโตรเจนจะมองเห็นได้เมื่อมีการเปลี่ยนสี: พื้นผิวสีเงินหรือฟางสีอ่อนเป็นที่ยอมรับได้ ในขณะที่ออกไซด์สีน้ำเงินหรือสีเทาบ่งบอกถึงการปนเปื้อนและการสูญเสียความเหนียวในบริเวณรอยเชื่อม โลหะตัวเติมถูกเลือกให้ตรงกันหรือต่ำกว่า-ตรงกับเกรดพื้นฐานเล็กน้อย

การตัดเฉือนและการตกแต่งพื้นผิว

ค่าการนำความร้อนของไทเทเนียมบริสุทธิ์อยู่ที่ประมาณ 22 W/(mK) ซึ่งเป็นค่าการนำความร้อนเพียงเล็กน้อยของเหล็กหรืออะลูมิเนียม ดังนั้นความร้อนที่เกิดขึ้นที่คมตัดจึงไม่สามารถเล็ดลอดเข้าไปในเศษได้ ความเร็วตัดสำหรับการกลึงและการกัดด้วยเครื่องมือคาร์ไบด์โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 30 ถึง 60 ม./นาที โดยมีอัตราป้อนต่อฟันสูง รูปทรงเชิงบวกที่คมชัด น้ำหล่อเย็นจำนวนมาก และการจับยึดที่เข้มงวด การดองในอ่างกรดไนตริก-กรดไฮโดรฟลูออริกจะขจัดชั้นผิวที่อุดมด้วยออกซิเจน-ที่หลงเหลือจากการทำงานแบบร้อนหรือการบำบัดความร้อน และลำดับการขจัดตะกรันและการทำความสะอาดได้อธิบายไว้ใน ASTM B600

คำถามที่พบบ่อย

Q:เหตุใดไทเทเนียมจึงสปริงกลับมากในระหว่างการขึ้นรูป?
ตอบ: โมดูลัสยืดหยุ่นของมันคือประมาณ 102 GPa หรือประมาณครึ่งหนึ่งของเหล็ก ดังนั้นความเค้นที่เทียบเคียงได้จะทำให้เกิดความเครียดที่มากกว่าสองเท่า และชิ้นส่วนจะผ่อนคลายมากขึ้นเมื่อถอดภาระออก

Q:อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของไทเทเนียมบริสุทธิ์คือเท่าไร?
ตอบ: การเปลี่ยนแปลงอัลฟ่าเป็นเบต้าสำหรับไททาเนียมที่ไม่มีการเจือเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 882 C โดยที่ธาตุอัลลอยด์จะเพิ่มหรือลดอุณหภูมิดังกล่าว

Q:ควรใช้เกรดใดในการดึงลึก?
ตอบ: เกรด 1 ที่มีปริมาณออกซิเจนและธาตุเหล็กต่ำที่สุดสามารถขึ้นรูปได้มากที่สุด และใช้เกรด 2 ในกรณีที่ต้องการความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยที่ระดับการขึ้นรูปปานกลาง

Q:เหตุใดรอยเชื่อมไทเทเนียมจึงต้องได้รับการปกป้องด้านหลังส่วนโค้งมาก?
ตอบ: การดูดซึมออกซิเจนและไนโตรเจนจะดำเนินต่อไปในขณะที่โลหะมีอุณหภูมิสูงกว่า 600 C โดยประมาณ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีเกราะป้องกันและไล่ด้านหลังเพื่อรักษารอยเชื่อมและความร้อน-บริเวณที่มีความเหนียว

Q:เหตุใดจึงมีการตัดเฉือนไทเทเนียมด้วยความเร็วตัดต่ำ
ตอบ: ค่าการนำความร้อนต่ำจะรวมความร้อนไว้ที่คมตัด ดังนั้นความเร็วสูงจึงทำให้เครื่องมือสึกหรอเร็ว คำตอบตามปกติคือความเร็วช้าลง อัตราป้อนงานหนักขึ้น และการจ่ายน้ำหล่อเย็นที่มีประสิทธิภาพ

Q:การดองมีไว้เพื่ออะไร?
ตอบ: การดองด้วยกรดจะขจัดชั้นอัลฟ่าที่เสริมออกซิเจน-และตะกรันที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานที่ร้อนหรือการอบอ่อน ช่วยฟื้นฟูความเมื่อยล้าและประสิทธิภาพในการขึ้นรูป การปฏิบัติดังกล่าวอธิบายไว้ใน ASTM B600