Skaðleg óhreinindi í títanefnum

Títan og málmblöndur þess eru þekkt fyrir mikinn hreinleika og lífsamhæfni, en þau geta innihaldið snefilmagn af skaðlegum óhreinindum (þar á meðal vetni, fosfór og brennisteini) sem þarf að hafa strangt eftirlit innan -staðla iðnaðarmarka. Of mikið magn af þessum óhreinindum, sérstaklega vetni, getur dregið verulega úr vélrænni eiginleikum efnisins og þjónustuöryggi. Hér að neðan er ítarleg greining á innihaldsmörkum þeirra og tengdri áhættu:

1. Innihaldsmörk helstu skaðlegra óhreininda í títanefnum

Leyfilegur styrkur vetnis (H), fosfórs (P) og brennisteins (S) í títan er skilgreindur með alþjóðlegum stöðlum ss.ASTM B348(fyrir títan og títan álstangir),ASTM B265(fyrir títanplötur/plötur), ogAMS 4928(flugvél-flokkur Ti-6Al-4V). Mörkin eru breytileg eftir títanflokki (viðskiptahreint títan vs. títan málmblöndur) og notkunarkröfur (iðnaðar vs. loftrými/læknisfræði):

(1) Vetni (H)

Vetni er mikilvægasta skaðlega óhreinindin í títan vegna mikils áhrifa þess á sveigjanleika og seigleika. Hámarks leyfilegt innihald þess er stranglega stjórnað:

Hreint títan í viðskiptum (gráða 1/2/3/4): Fyrir almenna iðnaðarnotkun má vetnisinnihaldið ekki fara yfir0,015 wt% (150 ppm); fyrir há-hreinleika læknisfræðilegs-hreins títaníums (td gráðu 2 fyrir ígræðslu), eru mörkin hert til0,010 wt% (100 ppm)til að tryggja lífsamrýmanleika og öryggi byggingar.

Títan málmblöndur (td Grade 5/Ti-6Al-4V): Fyrir vörur í geimferðaflokki- er vetnisinnihaldið háð við0,012 þyngd% (120 ppm)(samkvæmt AMS 4928); fyrir iðnaðar-gráðu Ti-6Al-4V, eru mörkin aðeins slakuð til0,015 wt% (150 ppm), en það verður að vera fyrir neðan0,008 þyngd% (80 ppm)fyrir mikilvæga íhluti (td flugvélahluta) til að koma í veg fyrir að vetnisbrotið verði.

(2) Fosfór (P)

Fosfór er óhreinindi með litlum-eiturhrifum í títan, en mikið magn getur aðskilið sig við kornamörk og dregið úr sveigjanleika málmblöndunnar og þreytuþol. Innihaldsmörk þess eru tiltölulega væg miðað við vetni:

Hreint títan í viðskiptum: Hámarks fosfórinnihald er venjulega0,04 wt% (400 ppm)í öllum bekkjum (ASTM B348).

Títan málmblöndur (Ti-6Al-4V): Flug- og læknisfræðilegar einkunnir takmarka fosfór við0,015 wt% (150 ppm); iðnaðareinkunnir leyfa allt að0,03 wt% (300 ppm).

(3) Brennisteinn (S)

Brennisteinn myndar brothætt súlfíðinnfellingar (td TiS, Ti₂S) í títan, sem virka sem streitustyrkingarpunktar og koma af stað sprungum við álag. Innihald þess er stranglega takmarkað til að koma í veg fyrir spörun:

Hreint títan í viðskiptum: Brennisteinsinnihaldið verður að vera minna en eða jafnt og0,015 wt% (150 ppm)(ASTM B265).

Títan málmblöndur (Ti-6Al-4V): Fyrir fluggeimforrit eru takmörkin0,010 wt% (100 ppm); til iðnaðarnota getur það verið allt að0,02 wt% (200 ppm).

info-439-439 info-452-443

info-452-443 info-435-438

2. Vetnisbrot af völdum of mikils vetnisinnihalds

Vetnisbrot (HE) er hörmulegur bilunarhamur fyrir títanefni, af stað vegna vetnisstyrks sem fer yfir örugga þröskuldinn. Vélbúnaður þess og áhrif eru sem hér segir:

(1) Vélbúnaður vetnisbrotnar í títan

Títan hefur mikla sækni í vetni, sem getur borist inn í efnið í gegnum margar leiðir:

Bræðsla og vinnsla: Vetnisupptaka við endurbræðslu í lofttæmiboga (VAR) ef lofthjúpi ofnsins er ekki stjórnað á réttan hátt, eða við heita vinnu í röku umhverfi.

Þjónustuumhverfi: Vetnisupptaka úr ætandi efni (td vatnslausnum, sýrum eða lofttegundum sem innihalda vetni) með yfirborðshvörfum eða frá rafefnafræðilegum ferlum (td bakskautsvörn í sjávarnotkun).

Þegar vetni er komið inn í títan fylkið hegðar vetni sér öðruvísi miðað við hitastig og styrk:

Við stofuhita og lágt vetnismagn (<50 ppm), hydrogen dissolves interstitially in the titanium lattice without causing harm.

Þegar vetnisinnihaldið fer yfir ~100 ppm fellur það út sem brothætttítanhýdríð (TiH₂)meðfram kornmörkum eða innan -fasans. TiH₂ hefur fjórhyrnda kristalbyggingu með mikilli hörku og litla sveigjanleika, sem truflar samfellu títanfylkisins.

Við vélrænt álag virkar hýdríðfasinn sem sprungukjarnasvæði. Þegar streita eykst, breiðist þessar sprungur hratt út meðfram hýdríð-fylkisviðmótum, sem leiðir til skyndilegs, brothætts brots (jafnvel við streitustig langt undir flæðistyrk efnisins).

(2) Áhrif vetnisbrots

Tap á sveigjanleika og seigju: Títan með of miklu vetni sýnir stórkostlega lækkun á lengingu og minnkun flatarmáls. Til dæmis hefur glæðað Ti-6Al-4V með 200 ppm vetni lenging sem er aðeins 5–8% (niður úr 10–15% fyrir efni með lítið vetnis), og brotseigja þess (KIC) minnkar um 30–40%.

Hrikaleg byggingabilun: Vetnisbrot á sér oft stað án fyrirvara (engin plastaflögun), sem gerir það sérstaklega hættulegt fyrir -mikilvæga öryggisíhluti. Í geimferðum hefur sprunga af völdum hýdríðs- valdið bilun í lendingarbúnaði íhlutum og vélarblöðum í alvarlegum tilfellum.

Minni þreytulíf: Vetni flýtir fyrir vexti þreytusprungna með því að stuðla að myndun hýdríða við sprunguodda. Þreytustyrkur Ti-6Al-4V með 150 ppm vetni minnkar um 25–30% samanborið við lítið vetnisefni, sem leiðir til ótímabæra bilunar við hringlaga hleðslu.

(3) Forvarnir og mildun vetnisbrots

Til að forðast vetnisbrot gera framleiðendur og-endnotendur eftirfarandi ráðstafanir:

Strangt ferli eftirlit: Halda litlu-vetnislofti við bræðslu og hitameðferð; notaðu þurrar, rakalausar lofttegundir við heita vinnu og suðu.

Afgasun eftir-vinnslu: Fyrir títanvörur með hátt vetnisinnihald, framkvæmið lofttæmiglæðingu við 600–700 gráður í nokkrar klukkustundir til að dreifa vetni út úr fylkinu (dregur úr vetni í<50 ppm).

Umhverfisstjórnun þjónustu: Forðastu að útsetja títaníhluti fyrir-vetnisríkum eða ætandi efni án viðeigandi verndar (td húðun eða hemla); fylgjast reglulega með vetnisinnihaldi fyrir mikilvæga hluta með aðferðum eins og heitum útdrætti eða óvirku gassamruni.