Miks on titaanplaatide jaoks vajalik "lõõmutamine"?
Enne tehasest lahkumist läbivad titaanplaadid erinevaid "protsesse" nagu valtsimine, lõikamine ja painutamine. Need intensiivsed töötlemisetapid, nagu metalltraadi korduv voltimine, põhjustavad titaanplaadi sisse suure jääkpinge kogunemise ning kristallstruktuur moondub ja pingestub. Kuigi titaanplaat on praegusel hetkel soovitud kujuga, on see "ala-terves" pingeseisundis: see võib iseenesest aeglaselt deformeeruda või muutuda kõvaks ja rabedaks, muutes edasise töötlemise keeruliseks, samuti väheneb selle korrosioonikindlus.
Lõõmutamisprotsess on spetsiaalselt loodud nende probleemide lahendamiseks. Selle põhiprintsiip on lihtne: kuumutage titaanplaati kindla kõrge temperatuurini, laske sellel sellel temperatuuril piisavalt aega "leotada" ja seejärel jahutage seda sobiva kiirusega. Selle protsessi käigus saavad titaanis olevad venitatud ja moonutatud aatomid piisavalt energiat, et end ümber korraldada, naases tavapärasemasse ja pingevabamasse olekusse. Jääkpinge kõrvaldatakse täielikult ning kristallstruktuur parandatakse ja homogeniseeritakse. Lühidalt öeldes on lõõmutamine lähtestamis- ja ümberkujundamisprotsess, mis võimaldab titaanplaadil taastada vastupidavuse, plastilisuse ja stabiilsuse, mis sellel kvaliteetse materjalina peaks olema{{4}, luues täiusliku aluse järgnevaks kasutamiseks.
Temperatuur ja aeg titaanplaadi lõõmutamiseks
Lõõmutamine ei ole lihtsalt titaanplaadi viskamine ahju ja selle kuumutamine. Selle tõhusus sõltub täielikult täpsest "retseptist", kaks kõige olulisemat parameetrit on temperatuur ja säilivusaeg.
Kõige sagedamini kasutatava puhta titaani (nagu GR1, GR2) ja madala -sulamiga titaani puhul on lõõmutamistemperatuur tavaliselt vahemikus 650 kuni 800 kraadi. Liiga madal temperatuur tähendab ebapiisavat aatomienergiat piisavaks lõõgastumiseks ja ümberkristalliseerumiseks; liiga kõrge temperatuur võib põhjustada liigset terade kasvu, mis, nagu aurutatud kuklite üleküpsetamine, võib kahjustada materjali mehaanilisi omadusi. Hoidmisaja määrab plaadi paksus ja ahju koormus, mille põhimõte on tagada, et kogu plaat saavutaks ühtlaselt seatud temperatuuri seest väljapoole, viies lõpule sisemise struktuuri ümberkujundamise, mida tavaliselt arvutatakse mitu minutit paksuse millimeetri kohta.
Kõrgema -tugevusega titaanisulamite (nt TC4, st Ti-6Al-4V) puhul on lõõmutamisprotsess veelgi keerukam. Lisaks tavalisele pinget leevendavale lõõmutamisele on tavalisem vaakumlõõmutamine või kaitsva atmosfääriga (nt argooni) lõõmutamine. Seda seetõttu, et titaan on kõrgel temperatuuril väga "reaktiivne" ja reageerib kergesti õhus oleva hapniku ja lämmastikuga, moodustades pinnale kõva ja rabeda oksiidikihi. Vaakum- või argoongaas toimib titaanplaadi kaitsekilbina, isoleerides selle lõõmutamise käigus kahjulikust õhust, säilitades nii puhta pinna ja stabiilse koostise. TC4 lõõmutamistemperatuur on tavaliselt vahemikus 700 kuni 800 kraadi, millele järgneb ahju jahutamine või õhkjahutus, kusjuures konkreetne meetod valitakse toimivusnõuete alusel.
Titaanplaadi lõõmutamise protsessi etapid
Soojendusaste:Titaanplaat asetatakse pidevalt lõõmutusahju ja temperatuuri tõstetakse. Kuumutamiskiirus ei tohiks olla liiga kiire, et vältida uute termiliste pingete tekkimist õhukestes plaatides või keerukates osades sise- ja välistemperatuuri erinevuste tõttu. Eesmärk on tagada titaanplaadi ühtlane kuumutamine.
Leotamise etapp:Kui ahju temperatuur jõuab eelseadistatud lõõmutamistemperatuurini, algab kõige olulisem "leotamise" etapp. Selle etapi ajal on titaanplaat "konstantse temperatuuriga sauna" olekus. Sisemises mikrostruktuuris toimuvad olulised muutused: moonutatud terad asenduvad järk-järgult uute, pingevabade, pingevabade teradega (seda protsessi nimetatakse "rekristalliseerimiseks"); lahustunud aine aatomid hajuvad ühtlaselt; ja jääkpinged kaovad kõrgel temperatuuril täielikult aatomite mikro-libisemise kaudu. Kui leotamisaeg on lõppenud, on materjali sisemine ümberstruktureerimine sisuliselt lõppenud.
Jahutusaste:See on viimane samm ja see on ka väga oluline. Puhta titaani puhul mõjutab jahutusmeetod (ahjujahutus, õhkjahutus, vesijahutus) jõudlust vähe; õhkjahutus on tavaliselt piisav ja tõhus. Titaanisulamite puhul mõjutab jahutuskiirus aga otseselt lõplikku struktuuri ja omadusi. Ahju jahutamine on kõige aeglasem, mille tulemuseks on pehmeim ja parima plastilisusega materjal; õhkjahutus on mõõdukas, tagades hea tugevuse ja sitkuse tasakaalu. Jahutusprotsess tuleks läbi viia ka kaitsvas atmosfääris või vaakumis, kuni temperatuur langeb ohutusse vahemikku (nt alla 300 kraadi) enne õhuga kokkupuutumist, et vältida kõrgel temperatuuril oksüdeerumist.
Lühidalt, titaanplaadi lõõmutamise protsess ei ole mingil juhul asendamatu etapp; see on täpne sild, mis ühendab materjalitöötlust ja tipptasemel{0}}rakendusi. Temperatuuri, aja ja keskkonna kontrollimise täpse kombinatsiooni abil saavad insenerid justkui võluväel muuta töödeldud, "pinges ja väsinud" titaanplaadi suure jõudlusega, stabiilseks ja usaldusväärseks kaasaegse tööstuse võtmematerjaliks, leides lõpuks laialdased rakendused tipptasemel valdkondades, nagu lennundus, meditsiiniseadmed ja keemiaseadmed.
