Odabir trupaca i specifikacijski put
Kovanje počinje šipkom ili gredicom prema ASTM B348 ili AMS 4928 za Ti-6Al-4V, ili do komercijalno čistih vrsta gdje su sposobnost oblikovanja i otpornost na koroziju važniji od čvrstoće. Ti-6Al-4V nosi UNS R56400 i daleko je najraširenija kovana legura titana: kombinira minimalnu vlačnu čvrstoću od oko 895 MPa s korisnom žilavošću i zavarljivošću, a većinu te čvrstoće drži do otprilike 400 stupnjeva. Skoro alfa i beta legure biraju se kada radna temperatura dodatno raste ili kada je potreban veći omjer čvrstoće i težine.
Gotovi otkovci certificirani su prema ASTM B381, koji pokriva kemiju, tolerancije i mehanička svojstva, te prema AMS 4928 za šipke i materijale za kovanje u svemiru. Medicinski otkovci slijede ISO 5832-3 ili ASTM F1472, a ekstra-materijal stupnja 23 s niskim intersticijskim sadržajem dodaje ograničenje kisika tako da su otpornost na lom i ponašanje pri zamoru očuvani.
Grijanje prozora i Beta Transus
Prozor kovanja je postavljen beta transusom, koji je za Ti-6Al-4V blizu 995 stupnjeva. Alfa plus beta legure kovane su u dvofaznom polju, obično 900 – 980 stupnjeva, nekih 30 do 60 stupnjeva ispod transusa, što rekristalizira strukturu u finu alfa jednakoosnu u transformiranoj beta matrici. Rad iznad transusa proizvodi grube Widmanstattenove ploče sa slabom duktilnošću na sobnoj temperaturi, dok rad na prehladnoj temperaturi povećava stres tečenja i rizikuje površinsko pucanje.
Budući da titan agresivno apsorbira kisik, dušik i vodik iznad oko 500 stupnjeva, atmosfera peći i vrijeme na temperaturi kontrolirani su postupkom, a svaki površinski sloj-obogaćen kisikom koji se formira uklanja se kasnijom strojnom obradom ili dekapiranjem. Gredice se čiste od kamenca, ulja i onečišćenja pjeskarenjem, strojnom obradom ili luženjem prije zagrijavanja, tako da se površinski defekti ne ubijaju u dio.
Operacije kovanja
Otvoreno-kovanje kalupa oblikuje velike jednostavne oblike između ravnih kalupa pomoću preše ili čekića, što je fleksibilno i jeftino, ali ograničene preciznosti dimenzija. Zatvoreno{2}}kovano kovanje oblikuje gredicu u šupljini kalupa koja kontrolira protok vlakana i konačnu konturu, a to je normalan put za komponente kao što su diskovi, oštrice i strukturni priključci. Izotermno i vruće-matrično kovanje drži matricu na ili blizu temperature gredice kako bi se ograničilo hlađenje matrice i omogućilo punjenje tanjih dijelova, što odgovara zamršenim dijelovima blizu-mreže. Svaka operacija definirana je slijedom matrice s međučišćenjem i, prema potrebi, ponovnim zagrijavanjem.
Toplinska obrada i kontrola mikrostrukture
Dominiraju dva tretmana. Žarenje u mlinu je rekristalizacijski tretman u dvo-faznom polju nakon čega slijedi hlađenje zrakom, što ublažava stres i daje stabilnu alfa plus beta strukturu za opću upotrebu. Obrada otopinom i starenje, obično nazvano STA, zagrijava se u dvo-fazno polje blizu 955 stupnjeva, gasi se u vodi i zatim stari oko 480 – 595 stupnjeva nekoliko sati; ovo povećava čvrstoću uz određenu cijenu duktilnosti. Termička obrada se bilježi na certifikatu zajedno s dobivenim vrijednostima rastezanja, istezanja i istezanja, a tvrdoća se provjerava kao lot kontrola.
Inspekcija i kontrola kvalitete
Ultrazvučni pregled kovanog i toplinski obrađenog dijela otkriva unutarnje šupljine, preklope i alfa inkluzije.
Alpha dubina kućišta mjeri se na presjeku, a sloj se uklanja strojnom obradom ili dekapiranjem prije nego se dio oslobodi.
Pregled makro-jetkanja i mikro-strukture potvrđuje protok zrna, odsutnost beta mrlja i zahtijevano stanje jednakosti.
Mehaničko ispitivanje po seriji obuhvaća vlačnu čvrstoću, granicu tečenja, istezanje i smanjenje površine, s tvrdoćom na svakom komadu.
Dimenzijska kontrola se izvodi prema nacrtu, uz koordinatno mjerenje kritičnih sučelja.
Uobičajena zabluda je da toplije ili dulje namakanje poboljšava kvalitetu kovanja; u praksi potiče rast zrna i povećava unos kisika, tako da je prihvatljivi prozor namjerno uzak. Kovanje prema specifikacijskim minimalnim svojstvima uz ignoriranje strukture također ne uspijeva u radu, jer je vijek trajanja kontroliran morfologijom zrna, a ne samo vlačnim brojevima.
Često postavljana pitanja
P: Koji standard pokriva titanske otkovke za opće inženjerstvo?
O: ASTM B381 pokriva kovane otkovke od titana uključujući Ti-6Al-4V, a rad u zrakoplovstvu obično se također izdaje prema AMS 4928.
P: Zašto kovanje mora ostati ispod beta transusa?
O: Kovanjem iznad toga proizvode se grube Widmanstattenove strukture sa smanjenom duktilnošću i otpornošću na zamor, pa se umjesto toga koristi dvo{0}}fazni rad na terenu.
P: Što je alfa slučaj i zašto je uklonjen?
O: To je površinski sloj obogaćen kisikom i dušikom formiran na visokoj temperaturi. Tvrd je i lomljiv, pa se strojno obrađuje ili dekapira prije nego što dio krene u upotrebu.
P: Što mijenja STA toplinska obrada?
O: Tretman otopinom i starenje podižu vlačnu granicu i granicu popuštanja, nauštrb neke duktilnosti, i odabiru se tamo gdje je dizajn vođen čvrstoćom.
P: Kako se otkrivaju unutarnji nedostaci?
O: Ultrazvučni pregled se izvodi nakon toplinske obrade, dopunjen makro i mikrostrukturnim ispitivanjem na presjeku iz serije.
