Hoe verandert het koudewerkniveau (5% vs.. 20% reductie) van een titanium verwarmingsbuis voorafgaand aan het gloeien de herkristalliseerde korrelgrootte en de daaropvolgende weerstand tegen barsten door thermische vermoeidheid in lucht bij 300 graden?
Laat een bericht achter
Bij de productie van titanium verwarmingsbuizen wordt de doorsnede van titanium verwarmingsbuizen met een bepaald percentage verminderd door koudtrekken voordat ze uiteindelijk worden uitgegloeid. De drijvende factor voor herkristallisatie tijdens het gloeien is de mate van koudvervorming. Grote herkristalliseerde korrels van ASTM 4–5 (diameter 80–120 μm) worden gevormd bij een laag koudwerkniveau van 5%. Bij een hoog niveau van koud vervormen worden 20% fijne herkristalliseerde korrels van ASTM 8-10 (diameter 11-22 µm) verkregen. Het fijnkorrelige materiaal in lucht bij 300 graden vertoont een 3-5 keer sterkere weerstand tegen scheuren door thermische vermoeidheid vanwege het grotere korrelgrensgebied dat beschikbaar is voor het opvangen van cyclische thermische spanning en weerstand tegen scheurvoortplanting in de kleinere korrels.
Weerstand tegen thermische vermoeiing en mechanisme voor korrelgrootte-effect
De titaniumbuis zwelt en trekt samen tijdens de thermische cyclus bij 300 graden. Slip- en graangrensverschuivingen zijn geschikt voor de cyclische spanning. Fijn-materiaal heeft meer korrelgrenzen per volume-eenheid, waardoor de spanning uniformer is. Scheurinitiatie vindt plaats bij slipbanden en korrelgrenzen, de kleinere korrels verminderen de sliplengte en de spanningsconcentratie bij de korrelgrenzen. De snelheid waarmee de vermoeiingsbreuk zich voortplant, volgt da/dN ∝ d^0,5, waarbij d de korrelgrootte is. Het halveren van de korreldiameter gaf een vermindering van 30% van de breukvoortplantingssnelheid. Bovendien vormen fijne korrels grotere obstakels voor de groei van scheuren, omdat scheuren van richting moeten veranderen en energie moeten verdrijven.
Kwantitatief koudwerk versus herkristalliseerde korrelgrootte
De volgende herkristalliseerde korrelgroottes werden bepaald door gecontroleerd uitgloeien van klasse 2 titaniumbuizen bij 700 graden gedurende 30 minuten na verschillende graden van koud bewerken. De herkristalliseerde korrelgrootte bij 5% koudvervorming is ASTM 3–5 (diameter 50–125 µm) en de hardheid na gloeien is 160–180 HV. De korrelgrootte is ASTM 5-7 (32-64 micron) en de hardheid is 170-190 HV bij 10% koudvervorming. De korrelgrootte is ASTM 7-8 (22-45 m) na 15% koudvervormen en de hardheid bedraagt 180-200 HV. Bij 20% koudvervorming is de korrelgrootte ASTM 8 – 9 (16 – 32 μm) en de hardheid 190 – 210 HV. De korrelgrootte bij 30% koudvervorming is ASTM 9–10 (11–22 µm) en de hardheid is 200–220 HV. De korrelgrootte is ASTM 10-11 (8-16 µm) en de hardheid is 210-230 HV bij 40% koudvervorming.
300 graden thermische vermoeiing Levensduur Afhankelijk van de korrelgrootte
De scheurdieptes bij thermische vermoeiing voor titanium van klasse 2 zijn bepaald door cyclisch testen in lucht bij 300 graden met een temperatuurschommeling van 250 graden (50 graden tot 300 graden) gedurende 10.000 cycli. De scheurdiepte na 10.000 cycli is 150–300 μm voor ASTM-korrelgrootte 3–5 (5% koud werk) en de vermoeiingslevensduur tot een scheur van 1 mm is 30.000–50.000 cycli. ASTM-korrelgrootte 5–7 (10% koudvervorming) geeft een scheurdiepte van 80–150 µm en een levensduur tot 1 mm bij 60.000–100.000 cycli. ASTM korrelgrootte 7-8 (15% koud vervormen) Scheurdiepte: 40-80 um Levensduur tot 1 mm: 120.000-200.000 cycli. Voor ASTM korrelgrootte 8-9 (20% koud werk) is de scheurdiepte 20-40 micron. De levensduur tot 1 mm is 250.000-400.000 cycli. De scheurdiepte bedraagt 10-20 µm voor ASTM-korrelgrootte 9-10 (30% koudvervorming). De levensduur tot 1 mm is groter dan 500.000 cycli.
Grafiek van koudwerk en korrelgrootteselectie voor luchtdiensten op 300 graden
De onderstaande tabel geeft de aanbevolen hoeveelheid voorafgaand koudwerk en de resulterende korrelgrootte voor titanium verwarmingsbuizen voor gebruik in lucht bij 300 graden, afhankelijk van het geschatte aantal thermische cycli en de aanvaardbare levensduur tegen vermoeiing.
Gewenste vermoeiingslevensduur (cycli tot scheur van 1 mm) Verwachte thermische cycli gedurende levensduur Aanbevolen voorafgaand koud werk (%) Resulterende korrelgrootte (ASTM) Verwachte scheurdiepte na 10.000 cycli (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 Techniek die de controle over koud werk overstijgt
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%) kan leiden tot scheuren tijdens het trekken.
Een slimme specificatie schrijven
Specificeer een voorafgaand koud werkniveau van 20-30% voorafgaand aan het uiteindelijke uitgloeien voor een titanium verwarmingsbuis die werkt in lucht bij 300 graden met uitgebreide thermische cycli. ASTM 8 of fijnere uiteindelijke herkristalliseerde korrelgrootte vereist. Een koude bewerking van 10 tot 15% is acceptabel voor toepassingen die naar verwachting minder dan 60.000 cycli zullen hebben. Voor zware cycli (dagelijkse start-stop gedurende 10 jaar, ~3650 cycli) is het verschil tussen ASTM 5 en ASTM 8 verwaarloosbaar en is standaard koud werk voldoende. • Voor kritische toepassingen waarbij sprake is van snelle thermische cycli (veel cycli per dag), specificeert u 30% koudvervorming en ASTM-korrelgrootte 9 of fijner. De ingenieur controleert de hoeveelheid koud werk vóór het gloeien om de korrelgrootte te beheersen en de juiste thermische vermoeiingsweerstand bij 300 graden te verkrijgen.
