De ce un aliaj dur încă marchează ușor
Ti-6Al-4V este greu. În stare recoaptă, măsoară aproximativ 30 până la 34 HRC, care este cu peste 50 % mai mare decât multe metale structurale obișnuite și comparabil cu unele oțeluri aliate. Așteptarea ca un astfel de material dur să fie rezistent la zgârieturi este rezonabilă și este greșită din trei motive.
În primul rând, comparațiile de duritate sunt semnificative doar între materiale cu rigiditate și stare de suprafață similare. Titanul are un modul elastic de aproximativ 114 GPa și o densitate de 4,43 g/cm3, deci sub aceeași sarcină de contact o suprafață subțire de titan se deformează și se recuperează diferit față de una din oțel mai grea. În al doilea rând, titanul are o tendință puternică de a se suda la rece-pe alte metale, astfel încât contactul de alunecare produce uzură adezivului, mai degrabă decât uzura abrazivă ușoară pe care o prezice o valoare a durității. În al treilea rând, filmul de oxid pasiv care conferă titanului rezistența la coroziune are o grosime de numai nanometri și este ușor deranjat prin contact, astfel încât aspectul suprafeței se degradează cu mult înainte de a avea loc orice deteriorare structurală.
Duritatea, uzura și datele care contează
| Proprietate | Ti-6Al-4V | Comentariu |
|---|---|---|
| Duritate, recoaptă | Despre 30 - 34 HRC | Măsurată conform ASTM E18 |
| Duritatea microindentării | Despre 320 - 380 HV | Măsurată conform ASTM E384 |
| Densitate | 4,43 g/cm3 | Aproximativ 56 % din oțel |
| Modulul elastic | Aproximativ 114 GPa | Aproximativ 60% din oțel |
| Conductivitate termică | Aproximativ 6,7 W/(mK) | Concentrează frecarea și căldura de tăiere |
| Uzură prin uzură și adeziv | Sărac | Sudarea la rece la scule și metalul de împerechere |
Concluzia practic importantă este că duritatea titanului nu este o specificație de uzură. O piesă care trebuie să reziste la abraziune necesită un tratament de suprafață, nu un alt grad de titan, deoarece chiar și cele mai puternice aliaje de titan au o rezistență scăzută la uzură abrazivă în comparație cu oțelul călit sau acoperit.
Cum producția și tratarea suprafeței schimbă rezultatul
Două piese din același aliaj se pot comporta foarte diferit în funcție de modul în care au fost fabricate.
Turnare: turnarea de precizie produce piese solide, dar lasă o suprafață mai aspră decât materialul forjat. Rugozitatea suprafeței reduce direct rezistența aparentă la abraziune, deoarece vârfurile sunt îndepărtate mai întâi și citite ca zgârieturi. Pielea turnată trebuie, de asemenea, îndepărtată înainte de a se evalua duritatea sau aspectul suprafeței.
Semnele de prelucrare: strunjirea, frezarea și șlefuirea lasă o suprafață direcțională. Un finisaj periat sau șlefuit ascunde urmele ușoare, dar le arată mai clar pe cele mai profunde, în timp ce un finisaj lustruit sau sablat distribuie lumina diferit.
Anodizare: tratamentul anodic produce un oxid coerent a cărui grosime controlează culoarea de interferență la o grosime sub-micrometrică, cu filme mai groase utilizate pentru uzură. Procesul este specificat conform AMS 2488. O peliculă anodizată îmbunătățește stabilitatea chimică și aspectul, dar nu se apropie de rezistența la uzură a unei suprafețe de crom nitrurat sau dur-.
Sablare și finisare cu granule: acestea cresc stresul de compresiune a suprafeței și produc un aspect uniform mat și sunt adesea folosite înainte de anodizare sau acoperire.
Caz alfa: un strat dur-bogat în oxigen format în timpul procesării la-temperatură ridicată este fragil și se va înnebuni și se va desprinde din contact. Trebuie îndepărtat prin decapare conform principiilor ASTM B600 înainte de orice evaluare cosmetică sau funcțională.
Măsurarea acestor efecte necesită metode adecvate. Rezistența la uzură este evaluată prin testul ASTM G99 pe disc-pe-pentru disc sau ASTM G133, mai degrabă decât prin testul de duritate numai, iar suprafețele acoperite prin testarea la abraziune ASTM D4060, cu aderența acoperirii la ASTM D3359 și duritatea creionului la ASTM D3363 în cazul în care este implicată o vopsea sau o vopsea.
Reducerea riscului în timpul producției și asamblarii
Majoritatea zgârieturilor de pe piesele din titan sunt create intern, nu în funcțiune. Deoarece costul unei piese zgâriate este de obicei întreaga operațiune de finisare, controalele care contează sunt controalele de manipulare.
Țineți titanul departe de sculele, rafturile și curele din oțel carbon. Contactul cu oțelul zgârie suprafața și înglobează fierul, care devine apoi un loc de inițiere a coroziunii.
Folosiți folie de protecție sau intercalare pe suprafețe plane și lustruite în timpul depozitării și transportului și rafturi dedicate cu suport-moale.
Purtați mănuși curate și evitați manipularea directă a suprafețelor cosmetice; uleiurile de piele și nisipul de pe bănci se transferă direct pe piesă.
Separați zonele de finisare de zonele de debavurare, sablare și șlefuire, astfel încât abrazivul din aer să nu contamineze suprafețele pregătite.
Debavurați cu scule ceramice sau neferoase și inspectați cu iluminare controlată, deoarece semnele de titan sunt mult mai ușor de văzut în lumină direcțională decât în lumină difuză.
Aplicați peening-ul la ASTM sau cerințele de peening aerospațial acolo unde durata de viață la oboseală este critică, deoarece compresia reziduală la suprafață îmbunătățește performanța la oboseală și întărește stratul exterior.
Serviciu de îngrijire și așteptări realiste
În funcționare, aspectul unei suprafețe de titan depinde de condițiile de contact. Contactul de alunecare dintre titan și un material mai dur, în special sub presiune, produce pete gri caracteristice usturii; impactul punctual produce mai degrabă adâncituri mici decât materialul îndepărtat; iar contactul repetat cu nisipul abraziv produce aspectul mat pe care îl descriu de fapt majoritatea reclamațiilor cosmetice.
Trei practici reduc rata de deteriorare: evitați contactul de alunecare între titan și suprafețele mai dure unde poate fi introdusă lubrifiere sau un strat izolator; păstrați sarcinile de contact distribuite, deoarece secțiunile subțiri se indentează mai ușor decât cele groase; și curățați cu detergent ușor și o cârpă moale, mai degrabă decât cu lustruire abrazivă, care îndepărtează pelicula pasivă și lasă un finisaj direcțional care arată fiecare urmă ulterioară.
Alegerea materială în sine ar trebui să fie, de asemenea, realistă. Acolo unde cerința principală este păstrarea aspectului în contactul abraziv, Ti-6Al-4V nu este alegerea optimă, iar un oțel acoperit sau întărit sau o piesă de titan cu un strat dur depus în vid, își va păstra finisajul mai mult timp. Acolo unde cerința este rezistența la greutate, rezistența la coroziune și inerția, titanul este materialul corect și starea suprafeței ar trebui gestionată ca o cerință de proces și nu ca o proprietate inerentă a materialului.
Întrebări frecvente
Î: Este titanul mai dur decât oțelul?
R: Nu în general. Ti-6Al-4V recoacet măsoară aproximativ 30 până la 34 HRC, comparabil cu unele oțeluri aliate, dar mai moale decât oțelul călit sau tratat la suprafață. Suprafața sa se marchează cu ușurință din cauza uzului și a unei pelicule pasive subțiri, nu pentru că este moale.
Î: De ce fiele de titan atât de rău?
R: Titanul are o rezistență slabă la uzura adezivului și tinde să se sude la rece-pe suprafețele de împerechere, în special cu alte metale, sub contact de alunecare și presiune. Rezultatul este pete și transfer, mai degrabă decât abraziunea curată.
Î: Anodizarea face titanul rezistent la zgârieturi?
A: Doar parțial. Anodizarea la AMS 2488 produce un oxid coerent care îmbunătățește stabilitatea chimică și permite controlul culorii prin interferență, dar filmul nu oferă rezistența la uzură a unei suprafețe de crom nitrurat sau dur-.
Î: Ce teste sunt folosite pentru a evalua comportamentul la zgârieturi și uzură?
R: ASTM G99 pin-pe-disc și teste alternative ASTM G133 pentru uzură, ASTM D4060 pentru abraziunea acoperirilor, plus microindentarea ASTM E384 pentru duritate. Numai duritatea nu este un indicator de uzură fiabil pentru titan.
Î: Cum ar trebui să fie manipulate piesele din titan în atelier?
R: Țineți-le departe de rafturile din oțel carbon, folosiți folie de protecție, purtați mănuși curate, separați zonele de finisare de sablare și șlefuire și inspectați sub iluminare direcțională, astfel încât urmele de suprafață să fie cu adevărat vizibile.
Î: Care tratament de suprafață cu titan rezistă cel mai bine la marcare?
R: Un strat dur-depus în vid oferă cea mai bună rezistență la uzură, urmat de pelicule anodice mai groase; sablare și periere își schimbă aspectul mai mult decât schimbă comportamentul la uzură.
