Jak změní úroveň zpracování za studena (5 % vs

Průřez titanových topných trubek se při výrobě titanových topných trubek před konečným žíháním zmenší o určité procento tažením za studena. Hnacím faktorem pro rekrystalizaci během žíhání je rozsah práce za studena. Velká rekrystalizovaná zrna ASTM 4–5 (průměr 80–120 μm) se tvoří při nízké úrovni práce za studena 5 %. Při vysoké úrovni tváření za studena se získá 20 % jemných rekrystalizovaných zrn ASTM 8-10 (průměr 11-22 µm). Jemnozrnný materiál na vzduchu při 300 stupních vykazuje 3-5krát silnější odolnost proti praskání tepelnou únavou v důsledku větší hraniční oblasti zrn, která je k dispozici pro přizpůsobení cyklickému tepelnému namáhání a odolnost vůči šíření trhlin v menších zrnech.

Odolnost proti tepelné únavě a mechanismus účinku velikosti zrna

Titanová trubice bobtná a smršťuje se během tepelného cyklu při 300 stupních. Skluz a posuv po hranicích zrn se přizpůsobí cyklickému namáhání. Jemnozrnný-materiál má více hranic zrn na jednotku objemu, proto je napětí rovnoměrnější. Iniciace trhlin probíhá na skluzových pásech a hranicích zrn, menší zrna zmenšují délku skluzu a koncentraci napětí na hranicích zrn. Rychlost šíření únavového lomu se řídí da/dN ∝ d^0,5, kde d je velikost zrna. Snížení průměru zrna na polovinu poskytlo 30% snížení rychlosti šíření lomu. Kromě toho jsou jemná zrna větší překážkou růstu trhlin, protože trhliny musí posunout směr a rozptýlit energii.

Kvantitativní práce za studena versus rekrystalizovaná velikost zrna

Následující velikosti rekrystalizovaných zrn byly stanoveny řízeným žíháním titanových trubek Grade 2 při 700 stupních po dobu 30 minut po různém stupni zpracování za studena. Velikost rekrystalizovaného zrna při 5% práci za studena je ASTM 3–5 (průměr 50–125 µm) a tvrdost po žíhání je 160–180 HV. Velikost zrna je ASTM 5-7 (32-64 mikronů) a tvrdost je 170-190 HV při 10% práci za studena. Zrnitost je ASTM 7-8 (22-45 m) po 15% opracování za studena a tvrdost 180-200 HV. Při 20% práci za studena je zrnitost ASTM 8 – 9 (16 – 32 μm) a tvrdost 190 – 210 HV. Velikost zrna při 30% práci za studena je ASTM 9–10 (11–22 µm) a tvrdost je 200–220 HV. Velikost zrna je ASTM 10-11 (8-16 µm) a tvrdost je 210-230 HV při 40% práci za studena.

300 stupňová tepelná únava Životnost závisí na velikosti zrna

Hloubka trhlin při tepelné únavě pro titan stupně 2 byla stanovena cyklickým testováním na vzduchu při teplotě 300 stupňů s teplotním výkyvem 250 stupňů (50 stupňů až 300 stupňů) po dobu 10 000 cyklů. Hloubka trhliny po 10 000 cyklech je 150–300 μm pro ASTM zrnitost 3–5 (5 % práce za studena) a únavová životnost trhliny 1 mm je 30 000–50 000 cyklů. ASTM zrnitost 5–7 (10 % práce za studena) poskytuje hloubku trhliny 80–150 µm a životnost do 1 mm při 60 000–100 000 cyklech. ASTM zrnitost 7-8 (15% práce za studena) Hloubka trhliny: 40-80 um Životnost do 1 mm: 120 000-200 000 cyklů. Pro ASTM zrnitost 8-9 (20% práce za studena) je hloubka trhliny 20-40 mikronů Životnost do 1 mm je 250 000-400 000 cyklů. Hloubka trhliny je 10-20 µm pro ASTM zrnitost 9-10 (30% práce za studena). Životnost na 1 mm je větší než 500 000 cyklů.

Tabulka práce za studena a výběr velikosti zrn pro vzduchovou službu při 300 stupních

Níže uvedená tabulka uvádí doporučené množství předchozí práce za studena a výslednou velikost zrna pro titanové ohřívací trubky pro provoz na vzduchu při 300 stupních v závislosti na odhadovaném počtu tepelných cyklů a přijatelné únavové životnosti.

Požadovaná únavová životnost (cykly do 1 mm trhliny) Očekávané tepelné cykly během životnosti Doporučená předchozí práce za studena (%) Výsledná velikost zrna (ASTM) Očekávaná hloubka trhliny po 10 000 cyklech (µm)<30,000 >30,000 5 3-5 150-300 30,000-60,000 >60,000 10 5-7 80-150 60,000-120,000 >120,000 15 7-8 40-80 120,000-250,000 >250,000 20 8-9 20-40 >250,000 >500,000 30 9-10 10-20 Engineering Beyond Cold Work Control

The recrystallization behavior is dependent on the titanium grade. Grade 7 recrystallizes at a slightly higher temperature than Grade 2 due to the presence of palladium, but the final grain size for a given amount of cold work is similar. Grade 5 (Ti-6Al-4V) does not completely recrystallize under these conditions. Wall thickness does not directly affect grain size, but does affect crack propagation time. A 2.0 mm wall with a 20 µm crack has 98% of its wall remaining. The grain size is also affected by the annealing temperature and duration . A higher temperature or longer time coarsens the grains . Cold work > 20% is excellent for optimal thermal fatigue resistance. Too much cold labor (>40%) může vést k praskání během kreslení.

Psaní chytré specifikace

Před konečným žíháním určete úroveň předchozího zpracování za studena 20–30 % pro titanovou topnou trubici pracující na vzduchu o teplotě 300 stupňů s rozsáhlými tepelnými cykly. Vyžaduje se ASTM 8 nebo jemnější konečná rekrystalizovaná velikost zrna. Zpracování za studena 10 až 15 % je přijatelné pro aplikace, u kterých se předpokládá méně než 60 000 cyklů. Pro náročné cyklování (denní start{11}}zastavení po dobu 10 let, ~3650 cyklů) je rozdíl mezi ASTM 5 a ASTM 8 zanedbatelný a standardní práce za studena je dostačující. • Pro kritické aplikace, kde bude docházet k rychlým tepelným cyklům (mnoho cyklů za den), specifikujte 30 % práce za studena a ASTM zrnitost 9 nebo jemnější. Technik řídí množství práce za studena před žíháním tak, aby řídil velikost zrna, aby se dosáhlo vhodné odolnosti proti tepelné únavě při 300 stupních.