Mức độ gia công nguội (giảm 5% so với. 20%) của ống gia nhiệt bằng titan trước khi ủ thay đổi kích thước hạt kết tinh lại và khả năng chống nứt do mỏi nhiệt trong không khí ở 300 độ sau đó như thế nào?

Mặt cắt ngang của ống gia nhiệt titan được giảm đi một tỷ lệ nhất định bằng cách kéo nguội trước khi ủ lần cuối trong quá trình sản xuất ống gia nhiệt titan. Yếu tố thúc đẩy quá trình kết tinh lại trong quá trình ủ là mức độ gia công nguội. Các hạt kết tinh lớn đạt tiêu chuẩn ASTM 4–5 (đường kính 80–120 μm) được hình thành ở mức gia công nguội thấp là 5%. Ở mức độ gia công nguội cao, thu được 20% hạt kết tinh mịn theo tiêu chuẩn ASTM 8{12}}10 (đường kính 11-22 µm). Vật liệu hạt mịn trong không khí ở nhiệt độ 300 độ cho thấy khả năng chống nứt do mỏi nhiệt cao gấp 3-5 lần do diện tích ranh giới hạt lớn hơn có sẵn để điều chỉnh biến dạng nhiệt tuần hoàn và khả năng chống lan truyền vết nứt ở các hạt nhỏ hơn.

Cơ chế ảnh hưởng đến độ bền mỏi nhiệt và kích thước hạt

Ống titan phồng lên và co lại trong suốt chu kỳ nhiệt ở 300 độ. Trượt và trượt ranh giới hạt phù hợp với biến dạng tuần hoàn. Vật liệu có hạt mịn-có nhiều ranh giới hạt trên một đơn vị thể tích, do đó độ biến dạng đồng đều hơn. Sự hình thành vết nứt xảy ra tại các dải trượt và ranh giới hạt, các hạt nhỏ hơn làm giảm chiều dài trượt và sự tập trung ứng suất tại các ranh giới hạt. Tốc độ lan truyền vết nứt do mỏi tuân theo da/dN ∝ d^0,5, trong đó d là kích thước hạt. Việc giảm một nửa đường kính hạt giúp giảm 30% tốc độ lan truyền vết nứt. Ngoài ra, các hạt mịn là trở ngại lớn hơn cho sự phát triển vết nứt vì vết nứt phải dịch chuyển hướng và tiêu tán năng lượng.

Gia công nguội định lượng so với kích thước hạt kết tinh lại

Các kích thước hạt kết tinh lại sau đây được xác định bằng cách ủ có kiểm soát các ống titan Cấp 2 ở 700 độ trong 30 phút sau khi gia công nguội ở các mức độ khác nhau. Kích thước hạt kết tinh lại ở mức gia công nguội 5% đạt tiêu chuẩn ASTM 3–5 (đường kính 50–125 µm) và độ cứng sau khi ủ là 160–180 HV. Kích thước hạt là ASTM 5-7 (32-64 micron) và độ cứng là 170-190 HV khi gia công nguội 10%. Kích thước hạt đạt tiêu chuẩn ASTM 7-8 (22-45 m) sau khi gia công nguội 15% và độ cứng là 180-200 HV. Ở mức gia công nguội 20%, kích thước hạt đạt tiêu chuẩn ASTM 8 – 9 (16 – 32 μm) và độ cứng là 190 – 210 HV. Kích thước hạt ở mức gia công nguội 30% là ASTM 9–10 (11–22 µm) và độ cứng là 200–220 HV. Kích thước hạt đạt tiêu chuẩn ASTM 10-11 (8-16 µm) và độ cứng là 210-230 HV khi gia công nguội 40%.

Tuổi thọ mỏi nhiệt 300 độ Phụ thuộc vào kích thước hạt

Độ sâu vết nứt do mỏi nhiệt đối với titan Loại 2 đã được xác định bằng thử nghiệm theo chu kỳ trong không khí ở 300 độ với sự dao động nhiệt độ 250 độ (50 độ đến 300 độ) trong 10.000 chu kỳ. Độ sâu vết nứt sau 10.000 chu kỳ là 150–300 μm đối với cỡ hạt ASTM 3–5 (gia công nguội 5%) và tuổi thọ mỏi đến vết nứt 1 mm là 30.000–50.000 chu kỳ. Kích thước hạt ASTM 5–7 (gia công nguội 10 %) cho độ sâu vết nứt 80–150 µm và tuổi thọ 1 mm với 60.000–100.000 chu kỳ. ASTM cỡ hạt 7-8 (gia công nguội 15%) Độ sâu vết nứt: 40-80 um Tuổi thọ đến 1 mm: 120.000-200.000 chu kỳ. Đối với kích thước hạt ASTM 8-9 (gia công nguội 20%) độ sâu vết nứt là 20-40 micron Tuổi thọ đến 1mm là 250.000-400.000 chu kỳ. Độ sâu vết nứt là 10-20 µm đối với cỡ hạt ASTM 9-10 (gia công nguội 30%). Tuổi thọ đến 1 mm lớn hơn 500.000 chu kỳ.

Biểu đồ lựa chọn công việc nguội và kích thước hạt cho dịch vụ hàng không ở 300 độ

Bảng dưới đây đưa ra khối lượng gia công nguội trước đó được khuyến nghị và kích thước hạt thu được đối với các ống gia nhiệt bằng titan để làm việc trong không khí ở nhiệt độ 300 độ, tùy thuộc vào số chu kỳ nhiệt ước tính và tuổi thọ mỏi chấp nhận được.

Tuổi thọ mỏi mong muốn (chu kỳ đến vết nứt 1 mm) Chu kỳ nhiệt dự kiến ​​trong suốt thời gian sử dụng Gia công nguội trước đó được khuyến nghị (%) Kích thước hạt thu được (ASTM) Độ sâu vết nứt dự kiến ​​sau 10.000 chu kỳ (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 Kỹ thuật ngoài kiểm soát công việc nguội

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%) có thể dẫn đến nứt trong quá trình vẽ.

Viết một đặc tả thông minh

Chỉ định mức độ gia công nguội trước đó là 20–30% trước khi ủ lần cuối cho ống gia nhiệt bằng titan hoạt động trong không khí ở nhiệt độ 300 độ với chu kỳ nhiệt rộng. Yêu cầu kích thước hạt kết tinh lại cuối cùng theo tiêu chuẩn ASTM 8 hoặc mịn hơn. Có thể chấp nhận gia công nguội từ 10 đến 15% đối với các ứng dụng được dự báo có ít hơn 60.000 chu kỳ. Đối với chu trình khắc nghiệt (bắt đầu{11}}dừng hàng ngày trong 10 năm, ~3.650 chu kỳ), sự khác biệt giữa ASTM 5 và ASTM 8 là không đáng kể và gia công nguội tiêu chuẩn là đủ. • Đối với các ứng dụng quan trọng sẽ có chu kỳ nhiệt nhanh (nhiều chu kỳ mỗi ngày), chỉ định gia công nguội 30% và cỡ hạt ASTM 9 hoặc mịn hơn. Kỹ sư kiểm soát lượng phôi nguội trước khi ủ để quản lý kích thước hạt để có được khả năng chống mỏi nhiệt thích hợp ở 300 độ.