1. Kaldbearbeiding av kommersielt rent titan
1.1 Behandlingsvanskeligheter
Lav -romtemperatur duktilitet og arbeidsherdingsfølsomhet: Ved romtemperatur har CP Ti en HCP-krystallstruktur med systemer med begrenset slipp (kun 3 uavhengige sklisystemer), noe som resulterer i relativt dårlig plastisk deformasjonsevne sammenlignet med flate-sentrerte kubiske (FCC) metaller (f.eks. aluminiumslegering, austenittisk rustfritt stål). Dessuten har CP Ti ekstremt høy arbeidsherdehastighet-styrken øker kraftig med økningen i kalddeformasjonsgraden. For eksempel, etter 20 % kaldvalsing, kan strekkstyrken til Grade 2 CP Ti stige fra de opprinnelige 345–415 MPa til over 550 MPa, mens forlengelsen faller fra 20–25 % til mindre enn 8 %. Dette betyr at ved kontinuerlig kaldforming (som dyptrekking, bøying) er materialet utsatt for sprekker dersom mellombehandling ikke utføres.
Høy deformasjonsmotstand: CP Ti har høy flytegrense og strømningsspenning ved romtemperatur. For eksempel er flytegrensen til Grade 2 CP Ti omtrent 275–345 MPa, som er betydelig høyere enn for 6061-T6 aluminiumslegering (omtrent 240 MPa) og nær den for lavkarbonstål (omtrent 250–300 MPa). Høyere formingsbelastninger kreves under kaldbehandling, noe som stiller høyere krav til stivhet og tonnasje av formingsutstyr.
Overflatekvalitetsfølsomhet: CP Ti har høy kjemisk aktivitet ved romtemperatur og er utsatt for å danne en hard og sprø oksidfilm (TiO₂) på overflaten. Under kald deformasjon (som tegning og rulling), er oksidfilmen lett å falle av og forårsaker overflateriper eller vedheft til formen, noe som påvirker overflatefinishen til arbeidsstykket. I tillegg, hvis overflaten har defekter (som mikrosprekker), er det lett å oppstå spenningskonsentrasjon under kald bearbeiding, noe som fører til utvidelse av defekter og til og med brudd på arbeidsstykket.
1.2 Spesielle prosesskrav
Mellomglødingsbehandling: Når kalddeformasjonsgraden overstiger 15–20 %, må middels spenningsavlastende gløding eller rekrystalliseringsgløding utføres for å eliminere arbeidsherding, gjenopprette duktiliteten til materialet og unngå sprekkdannelse i etterfølgende bearbeiding. Glødetemperaturen er vanligvis 600–700 grader, og holdetiden er 0,5–2 timer, med ovnskjøling eller luftkjøling for å sikre omkrystallisering av materialet og eliminering av indre stress.
Form og smøreteknologi: Formen bør være laget av materialer med høy-hardhet og{1}}slitasje (som sementert karbid eller høyhastighetsstål med overflatebelegg), og overflaten bør poleres for å redusere friksjonen. Samtidig må høy-smøremidler (som molybdendisulfid-baserte smøremidler eller spesielle titanbehandlingsoljer) brukes for å danne en stabil smørefilm mellom formen og arbeidsstykket, forhindre adhesjon og redusere deformasjonsmotstand og overflateriper.
Overflateforbehandling: Før kaldbearbeiding må overflateoksidfilmen og urenheter av titanemnet fjernes ved hjelp av metoder som beising (blandet syre av flussyre og salpetersyre, formelen er vanligvis 2–5 % HF + 15–20 % HNO₃ + vann) eller sandblåsing, for å sikre overflaterens renhet og flathet på prosessoverflatekvaliteten og unngå innvirkning på prosessoverflatens kvalitet.
Kontrollert deformasjonshastighet og deformasjonsmengde: Kuldedeformasjonshastigheten bør være moderat (vanligvis kontrolleres tøyningshastigheten til 0,001–0,1 s⁻¹). For høy deformasjonshastighet vil føre til at materialet ikke har nok tid til plastisk flyt, noe som fører til sprekker; for lav hastighet vil redusere produksjonseffektiviteten. Samtidig bør den enkelt-passeringsdeformasjonsmengden være strengt kontrollert (for eksempel er reduksjonshastigheten for enkelt-passasjereduksjon ved kaldvalsing generelt 5–10 %, og enkeltpassasjens bøyevinkel er ikke mer enn 30 grader), og flere passeringer med liten deformasjon bør tas i bruk med mellomliggende gløding for å sikre jevn deformasjon.
2. Varmbearbeiding av kommersielt rent titan
2.1 Behandlingsvanskeligheter
Smalt temperaturområde for varmarbeid: Faseovergangstemperaturen til CP Ti er omtrent 882 grader (HCP-strukturen (-fasen) blir transformert til kropps-sentrert kubikk (BCC) struktur (-fase) over denne temperaturen). Det optimale varmearbeidstemperaturområdet er vanligvis 700–850 grader (mellom romtemperatur og faseovergangstemperatur, dvs. i -faseregionen). Hvis temperaturen er lavere enn 700 grader, har materialet fortsatt høy deformasjonsmotstand og åpenbar arbeidsherding; hvis temperaturen overstiger 850 grader (nær faseovergangstemperaturen), vil kornet vokse raskt, noe som resulterer i grov kornstruktur av arbeidsstykket, noe som reduserer de mekaniske egenskapene (som seighet og utmattelsesstyrke). I tillegg, hvis temperaturen overstiger 882 grader og går inn i -faseområdet, vil kornet bli alvorlig grovt, og til og med sprø intergranulære faser vil dannes etter avkjøling, noe som vil forringe ytelsen til materialet betydelig.
Høy-temperaturoksidasjon og forurensningsfølsomhet: CP Ti har ekstremt sterk kjemisk reaktivitet ved høye temperaturer (over 400 grader), og vil reagere med oksygen, nitrogen, hydrogen og andre gasser i luften for å danne sprø overflatelag:
Oksidasjon: Danner en porøs og sprø TiO₂-skala, som reduserer overflatekvaliteten og de mekaniske egenskapene til arbeidsstykket;
Nitrering: Danner TiN hard og sprø fase, som gjør materialet sprøtt og utsatt for sprekker under bearbeiding;
Hydrogenabsorpsjon: Danner TiH sprø fase, noe som fører til hydrogensprøhet av materialet og reduserer dets seighet.
Lav varmeledningsevne og ujevn temperaturfordeling: Den termiske ledningsevnen til CP Ti er bare omtrent 1/5 av stålets og 1/3 av aluminiumslegeringens. Under varmbehandling er varmeoverføringen inne i materialet langsom, noe som lett forårsaker ujevn temperaturfordeling mellom overflaten og kjernen av arbeidsstykket, noe som resulterer i ujevn deformasjon og indre spenning, og til og med sprekker eller deformasjon av arbeidsstykket.
2.2 Spesielle prosesskrav
Nøyaktig temperaturkontroll: Oppvarmingstemperaturen må kontrolleres strengt innenfor området 700–850 grader, og temperaturavviket bør ikke overstige ±10 grader. Varmeutstyret bør bruke en presisjons-kontrollert elektrisk ovn eller vakuumovn i stedet for oppvarming med åpen flamme (for å unngå lokal overoppheting eller ujevn oppvarming). Under bearbeiding bør temperaturen på arbeidsstykket overvåkes i sanntid (ved hjelp av infrarød temperaturmåling eller termoelement). Hvis temperaturen faller under 700 grader, bør arbeidsstykket returneres til ovnen for gjenoppvarming for å unngå behandling i sonen med lav-temperatur med høy deformasjonsmotstand.
Beskyttende atmosfære eller overflatebelegg: For å forhindre høy-temperaturoksidasjon og gassforurensning kan følgende beskyttelsestiltak tas:
Vakuum oppvarming: Oppvarming av arbeidsstykket i et vakuummiljø (vakuumgrad større enn eller lik 10⁻³ Pa) for å isolere luften fullstendig og unngå gassreaksjon;
Inertgassbeskyttelse: Fylle oppvarmingsovnen med argon eller nitrogen med høy-renhet (nitrogen er kun egnet for lav-temperaturoppvarming under 600 grader for å unngå nitrering) for å danne en beskyttende atmosfære;
Overflate anti-oksidasjonsbelegg: Belegg overflaten av arbeidsstykket med et spesielt anti-oksidasjonsbelegg (som glass-basert belegg eller bor-basert belegg) før oppvarming, som kan danne en tett beskyttende film ved høye temperaturer for å isolere oksygen og nitrogen.
Rimelige parametere for varm arbeidsprosess: Den varme deformasjonshastigheten bør kontrolleres til 0,1–10 s⁻¹ (-fasen av CP Ti har bedre plastisitet i dette tøyningshastighetsområdet). Deformasjonsmengden med enkelt-passasje bør økes passende (vanligvis 30–50 %) for å utnytte den høye plastisiteten til materialet ved høye temperaturer fullt ut og unngå flere små deformasjoner som fører til kornforgrovning. Etter varmbearbeiding bør arbeidsstykket avkjøles i tide (luftkjøling eller vannkjøling, avhengig av materialets kvalitet og tykkelse) for å undertrykke kornvekst og sikre finkornet-struktur.
Varmebehandling etter-behandling: Etter varmbearbeiding må arbeidsstykket utsettes for spenningsavlastende gløding eller rekrystalliseringsgløding for å eliminere indre spenninger og forfine korn. Glødetemperaturen er 600–700 grader, og holdetiden bestemmes i henhold til tykkelsen på arbeidsstykket (vanligvis 1–3 timer). For arbeidsstykker med høye ytelseskrav kan dobbeltgløding (først oppvarming til 750 grader for å holde, deretter kjøling til 600 grader for å holde, og til slutt luftkjøling) tas i bruk for å optimalisere strukturen og egenskapene ytterligere.
