Подобряване на твърдостта и устойчивостта на износване на тръбата от сплав TC11
Mar 13, 2024
Защо тръбата от титанова сплав се износва
TC11 е Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si алфа-бета сплав, доставяна в китайската практика под системата за обозначаване GB/T 3620.1, с бета трансус близо до 1000 C и твърдост при стайна температура от приблизително 330-360 HV в отгрято състояние. Проблемът при плъзгането не е обемната якост, а поведението на повърхността: оксидният филм върху титана е тънък, има слаба устойчивост на адхезивно износване и титанът е склонен да се разяжда срещу себе си и срещу стоманата. Следователно тръбите, използвани в хидравлични цилиндри, износващи се подложки и плъзгащи се втулки, се нуждаят от закален повърхностен слой, а опциите по-долу се различават главно по твърдостта на слоя, качеството на свързване и температурата, която тръбата трябва да издържи.
Азотиране и термично оксидиране
Азотирането е най-лесният път. Поддържането на тръбата в азот-съдържаща атмосфера при 800-900 C създава TiN и Ti2N повърхностен слой с повърхностна твърдост по Викерс от 700 HV или повече и може да се добави кислород или въздух за изграждане на по-дебела зона на дифузия. Недостатъците са увеличаването на размерите, крехкостта на дебелия слой на съединението и фактът, че температурата на обработка разрушава изкованата структура на тръбата, освен ако целият компонент впоследствие не бъде термично обработен. Термичното окисление във въздуха при 600-800 C е вариант с по-ниска цена, който създава TiO2 слой с умерена твърдост и подобрява устойчивостта на натъртване и може да се приложи към завършена тръба без много изкривяване.
Карбуризиране и TiC-повърхностни слоеве
Карбуризирането на титан произвежда TiC фаза на повърхността с твърдост няколко пъти по-голяма от тази на субстрата. Ограничението е връзката: TiC слой, образуван чрез просто карбуризиране, прилепва слабо към субстрата и се разпада при натоварване, така че обикновено се прилага като композит, а не като покритие. Когато изискването е устойчива на износване вложка или ръкав, а не монолитна тръба, TiC фазата се използва като твърда съставка в синтерован композит. Този път се контролира от цикъла на синтероване и параметрите са тесни: крайна температура на синтероване около 1420 C се използва за композити на базата на TiC- със стоманена свързваща фаза, като температурата се поддържа достатъчно ниска, за да се предотврати загубата на свързващата фаза като течен метал и коалесцията на твърдата фаза в източник на счупване.
| Метод | Типична температура | Твърдост на повърхността | Основно ограничение |
|---|---|---|---|
| Азотиране | 800-900 C | 700 HV или повече | Крехък слой от съединение, изкривяване |
| Термично окисление | 600-800 C | Умерен, TiO2 слой | Тънък слой, ограничена товароносимост |
| Карбуризиране | 900-1000 C и повече | TiC, няколко пъти субстрат | Лоша адхезия към основата |
| Спечен TiC композит | Около 1420 C | Твърда фаза плюс свързващо вещество | Не е приложимо за обикновена тръба |
Контрол на цикъла на синтероване
При композитния маршрут скоростта на нагряване е също толкова важна, колкото пиковата температура. По време на ниско{1}}температурния етап на раз-отлепване пресовката трябва да има време да облекчи напрежението от уплътняването и да освободи формовъчния агент; нагряването твърде бързо улавя летливите вещества като пара и причинява спукване или микро-пукнатини. Над около 900 C, в етапа на редукция, е необходимо достатъчно време за отстраняване на летливите вещества и кислорода, пренесени от суровите прахове. В етапа на синтероване в течна{7}}фаза скоростта на повишаване на температурата се забавя отново, така че заготовката да се легира напълно. Отстраняването на -агента за формиране, редуцирането и синтероването в течна{10}}фаза следователно са три отделни етапа, всеки със собствена наклона и задържане, а пропускането на единия създава порьозност или слаба повърхност.
Често задавани въпроси
Q:Може ли да се приложи азотиране към готова тръба?
О: Само с внимание. Третирането при 800-900 C причинява изкривяване и растеж, така че трябва да се остави резерв за смилане или тръбата трябва да бъде азотирана преди окончателното оразмеряване.
Q:Защо карбуризираният слой се разцепва?
A: TiC фазата се свързва лошо с титаниевата основа и е крехка. Дебел непрекъснат слой се напуква при контактно натоварване и се повдига.
Q:Каква твърдост може да се очаква от азотирането?
A: Повърхностна твърдост по Викерс от 700 HV или повече е постижима при температури на обработка от 800-900 C, като дълбочината се контролира от времето и температурата.
Q:Прави ли се тестване на твърдостта на готовата част?
О: Изпитването на микротвърдост по ASTM E384 върху разрезна проба е обичайният метод, тъй като отчитането на общата твърдост е доминирано от мекия субстрат.
Q:Какъв е рискът от прегряване по време на синтероване?
О: Излишната температура води фазата на свързване към загуба на течност и позволява на твърдата фаза да се слее и расте, създавайки места за иницииране на счупване, които отказват компонента в експлоатация.
