Hvernig breytir köldu vinnustigið (5% á móti. 20% minnkun) títanhitarrörs fyrir glæðingu endurkristölluðu kornastærðinni og í kjölfarið viðnám gegn hitaþreytasprungum í lofti við 300 gráður?

Þversnið títan hitaröra minnkar um ákveðið hlutfall með kalda dráttum fyrir lokaglæðingu við framleiðslu á títan hitarörum. Drifþátturinn fyrir endurkristöllun meðan á glæðingu stendur er umfang kaldrar vinnu. Stór endurkristölluð korn af ASTM 4–5 (þvermál 80–120 μm) myndast við lága kuldavinnustig upp á 5%. Við mikla kalda vinnu fást 20% fínt endurkristallað korn af ASTM 8-10 (þvermál 11-22 µm). Fínkorna efnið í lofti við 300 gráður sýnir 3-5 sinnum sterkara viðnám gegn hitaþreytusprungum vegna stærra kornamarkasvæðis sem er tiltækt fyrir hringlaga hitaálag og mótstöðu gegn sprunguútbreiðslu í smærri kornunum.

Hitaþreytuþol og kornstærðaráhrif vélbúnaður

Títan rörið bólgnar og dregst saman í gegnum hitauppstreymi við 300 gráður. Slip og kornmörk renna til móts við hringlaga álagið. Fínkornað efni hefur fleiri kornamörk á hverja rúmmálseiningu og því er stofninn einsleitari. Sprungubyrjun á sér stað við sleifarbönd og kornamörk, smærri kornin minnka skriðulengdina og spennustyrkinn við kornamörkin. Hraði þreytubrotsútbreiðslu fylgir da/dN ∝ d^0,5, þar sem d er kornastærð. Hálfting kornþvermáls gaf 30% minnkun á útbreiðslu brota. Að auki eru fínkorn meiri hindrun fyrir sprunguvöxt þar sem sprungur þurfa að breyta stefnu og dreifa orku.

Magnbundin köld vinna á móti endurkristölluðu kornastærð

Eftirfarandi endurkristallaðar kornastærðir voru ákvarðaðar með stýrðri glæðingu á títanrörum af gráðu 2 við 700 gráður í 30 mínútur eftir mismunandi gráður af kalda vinnu. Endurkristölluð kornastærð við 5% köldu vinnu er ASTM 3–5 (þvermál 50–125 µm) og hörku eftir glæðingu er 160–180 HV. Kornastærð er ASTM 5-7 (32-64 míkron) og hörku er 170-190 HV við 10% kalda vinnu. Kornastærð er ASTM 7-8 (22-45 m) eftir 15% kalda vinnu og harkan er 180-200 HV. Við 20% kalda vinnu er kornastærð ASTM 8 – 9 (16 – 32 μm) og hörku er 190 – 210 HV. Kornastærð við 30% kalda vinnu er ASTM 9–10 (11–22 µm) og hörku er 200–220 HV. Kornastærð er ASTM 10-11 (8-16 µm) og hörku er 210-230 HV við 40% kalda vinnu.

300 gráðu hitaþreyta líf háð kornastærð

Sprungudýpi í hitaþreytu fyrir 2. stigs títan hefur verið ákvarðað með hringlaga prófun í lofti við 300 gráður með hitasveiflu upp á 250 gráður (50 gráður til 300 gráður) í 10.000 lotur. Sprungudýpt eftir 10.000 lotur er 150–300 μm fyrir ASTM kornastærð 3–5 (5% kaldavinnu) og þreytulífið að 1 mm sprungu er 30.000–50.000 lotur. ASTM kornastærð 5–7 (10% kaldvinnsla) gefur sprungudýpt 80–150 µm og líf í 1 mm af 60.000–100.000 lotum. ASTM kornastærð 7-8 (15% kaldvinna) Sprungudýpt: 40-80 um Líftími að 1 mm: 120.000-200.000 lotur. Fyrir ASTM kornastærð 8-9 (20% kaldvinnsla) er sprungudýpt 20-40 míkron Líftími að 1 mm er 250.000-400.000 lotur. Sprungudýpt er 10-20 µm fyrir ASTM kornastærð 9-10 (30% köld vinna). Líf til 1 mm er meira en 500.000 lotur.

Mynd yfir kalda vinnu og val á kornastærð fyrir flugþjónustu við 300 gráður

Taflan hér að neðan gefur ráðlagt magn af undanfarandi köldu vinnu og kornastærð fyrir títan hitarör til notkunar í lofti við 300 gráður, allt eftir áætluðum fjölda varmalota og ásættanlegs þreytulífs.

Æskilegt þreytulíf (fer í 1 mm sprungu) Væntanlegur hitalotur yfir þjónustulíf Ráðlagður fyrri kaldavinna (%) Kornastærð (ASTM) sem leiðir af sér Áætluð sprungudýpt eftir 10.000 lotur (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%) getur leitt til sprungna við teikningu.

Að skrifa snjalla forskrift

Tilgreindu 20–30% fyrri köldu vinnustig fyrir lokaglæðingu fyrir títan hitarör sem starfar í lofti við 300 gráður með víðtækri hitauppstreymi. ASTM 8 eða fínni fullkomin endurkristölluð kornastærð krafist. Kaldvinnsla upp á 10 til 15% er ásættanleg fyrir umsóknir sem spáð er að hafi minna en 60.000 lotur. Fyrir erfiða hjólreiðar (dagleg byrjun-stopp í 10 ár, ~3.650 lotur) er munurinn á ASTM 5 og ASTM 8 hverfandi og venjuleg köld vinna nægir. • Fyrir mikilvæg forrit þar sem hitauppstreymi verður hröð (margar lotur á dag), tilgreinið 30% kaldavinnu og ASTM kornastærð 9 eða fínni. Verkfræðingur stjórnar magni köldu vinnu fyrir glæðingu til að stjórna kornastærðinni til að ná viðeigandi hitaþreytaþoli við 300 gráður.