टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग पर अल्फा केस और सतह ऑक्सीकरण को कम करना

अल्फ़ा केस क्या है और यह क्यों मायने रखता है

फोर्जिंग तापमान पर टाइटेनियम ऑक्सीजन के साथ अत्यधिक प्रतिक्रियाशील है। लगभग 600 डिग्री से ऊपर गर्म करने के दौरान एक टाइटेनियम बिलेट दो सतह परतों को उठाता है: एक बाहरी ऑक्साइड स्केल, और उसके नीचे एक ऑक्सीजन समृद्ध, अल्फा स्थिर क्षेत्र जिसे अल्फा केस के रूप में जाना जाता है। वह परत कठोर, भंगुर है और मूल धातु का प्रतिनिधि नहीं है, इसलिए फोर्जिंग के सेवा में आने से पहले इसे हटा दिया जाना चाहिए।

व्यावहारिक परिणाम धातुकर्म के साथ-साथ आर्थिक भी है। अल्फ़ा केस जितना मोटा होगा, मशीनिंग या ब्लास्टिंग द्वारा उतनी ही अधिक सामग्री हटानी पड़ेगी, और प्रत्येक बिलेट से धातु की उपज उतनी ही कम होगी। सतह ऑक्सीकरण को नियंत्रित करना सामग्री के उपयोग में सुधार और एएसटीएम बी348 ग्रेड 2 और ग्रेड 5 (टीआई-6एएल-4वी) जैसे मिश्र धातुओं में जाली भागों की तैयार लागत को कम करने के लिए उपलब्ध सबसे प्रत्यक्ष लीवरों में से एक है।

गर्म करने के दौरान ऑक्सीजन ग्रहण को नियंत्रित करना

संदूषण की गहराई मुख्य रूप से दो चरों द्वारा नियंत्रित होती है: चरम तापमान तक पहुँचना और उस तापमान पर बिलेट द्वारा व्यतीत किया गया समय। Ti-6Al-4V के लिए एलोट्रोपिक (बीटा ट्रांसस) तापमान 995 डिग्री के करीब रहता है, और धातु को लंबे समय तक उस स्तर से ऊपर रखने पर गहरी दूषित परत का खतरा तेजी से बढ़ जाता है।

टाइटेनियम मिश्र धातु एक्सट्रूज़न बिलेट्स पर परीक्षण कार्य, फोर्जिंग से पहले पॉलिश किए गए बिलेट्स को इलेक्ट्रिक भट्ठी में 950-980 डिग्री तक गर्म करना, चार चर की तुलना की गई और पाया गया कि उनमें से प्रत्येक ने तैयार भागों के भौतिक और यांत्रिक गुणों को मापनीय रूप से प्रभावित किया:

उच्च तापमान पर गर्म करने से पहले पूर्व {{0}ऑक्सीकरण उपचार लागू किया जाता है;

बिलेट सतह पर कांच तामचीनी सुरक्षात्मक कोटिंग्स;

तापन माध्यम और प्रयुक्त तापन विधि; और

डाई फोर्जिंग के बाद लागू सतही उपचार।

प्री-ऑक्सीकरण: एक चिकना, हटाने योग्य स्केल

बिना किसी पूर्व उपचार के गर्म किए गए बिलेट्स एक मछली के आकार के आकार के हो जाते हैं, जिसमें एक असमान ऑक्साइड सतह होती है जिसे साफ करना मुश्किल होता है। नियंत्रित पूर्व-ऑक्सीकरण उपचार प्राप्त करने वाले बिलेट्स एक चिकनी सतह और एक स्केल के साथ भट्ठी से बाहर आते हैं जो कहीं अधिक आसानी से अलग हो जाते हैं। इससे दो और लाभ मिलते हैं:

सतह परत की स्थिति, ऑक्साइड और अवशोषित गैस दोनों, गर्म जाली रिक्त स्थान के यांत्रिक गुणों, विशेष रूप से लचीलेपन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। फोर्जिंग के बाद सीधे सैंडब्लास्टिंग से उस परत को हटाकर लचीलापन में सुधार होता है।

पूर्व-ऑक्सीडाइज्ड बिलेट पर लगाई गई कांच की इनेमल कोटिंग से सतह की लचीलापन में और भी सुधार होता है, और पूर्व-ऑक्सीडाइज्ड सतह से इनेमल को हटाना बहुत आसान होता है, जिससे फिनिशिंग ऑपरेशन कम रहता है।

जहां हीटिंग चक्र लंबा है, या जहां फोर्जिंग ज्यामिति विस्तारित भट्टी समय की मांग करती है, एक ग्लास तामचीनी कोटिंग गर्म धातु और भट्टी वातावरण के बीच एक प्रसार बाधा के रूप में कार्य करती है। क्योंकि कोटिंग को गर्म करने से पहले लगाया जाता है और बाद में हटा दिया जाता है, यह एक प्रक्रिया चरण जोड़ता है लेकिन डाउनस्ट्रीम में कहीं अधिक लागत को हटा देता है: कम स्केल, मशीन से दूर जाने के लिए कम अल्फा केस, और तैयार फोर्जिंग पर एक मजबूत सतह।

तापन अभ्यास: द्रवीकृत बिस्तर और पारंपरिक भट्टियाँ

जब टाइटेनियम बिलेट्स को एक पारंपरिक इलेक्ट्रिक भट्टी में गर्म किया जाता है, तो बीटा ट्रांसस से अधिक होने पर अपने आप में एक गहरी दूषित परत उत्पन्न नहीं होती है, बशर्ते उस तापमान से ऊपर रखने का समय लगभग एक घंटे के भीतर रहता है। उन परिस्थितियों में ऑक्सीजन समृद्ध परत उथली रहती है और साधारण सैंडब्लास्टिंग इसे बिना किसी कठिनाई के हटा देती है। इसलिए दुकान के फर्श पर नियंत्रण का मतलब तापमान की अधिकता और तापमान पर कुल समय दोनों को कम करना है।

टाइटेनियम फोर्जिंग में द्रवयुक्त - बिस्तर हीटिंग पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है। ढीले कण सामग्री के द्रवीकृत बिस्तर में, कणों, द्रवित गैस और बिलेट सतह के बीच गर्मी का आदान-प्रदान तीव्र होता है। प्रभावी ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक मजबूरन संवहन भट्टी की तुलना में एक परिमाण अधिक होता है, और यह पिघले हुए नमक स्नान में प्राप्त ऊष्मा स्थानांतरण के बराबर होता है। क्योंकि बिलेट फोर्जिंग तापमान पर बहुत तेजी से पहुंचता है, उच्च तापमान पर इसका कुल एक्सपोजर, और इसलिए ऑक्सीकरण और अल्फा केस की गहराई कम हो जाती है। इसका परिणाम एक साफ सतह, बेहतर धातु उपज और कम परिष्करण लागत है।

पोस्ट-फोर्जिंग भूतल उपचार

डाई फोर्जिंग के बाद, दूषित परत को पूरी तरह से हटा देना होगा; आंशिक निष्कासन से केवल भंगुर धब्बे रह जाते हैं जो सेवा में दरार आरंभ करने वाले स्थानों के रूप में व्यवहार करते हैं। अभ्यास में प्रयुक्त अनुक्रम यांत्रिक और, जहां आवश्यक हो, रासायनिक तरीकों को जोड़ता है:

स्ट्रिप स्केल के लिए अपघर्षक ब्लास्टिंग और सतह का लचीलापन बहाल करना

एक समान, स्केल मुक्त सतह के लिए नाइट्रिक{0}हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड घोल में रासायनिक अचार बनाना

अंतिम निरीक्षण से पहले किसी भी अवशिष्ट अल्फा केस की मशीनिंग के साथ सतह की गुणवत्ता का सत्यापन

अनुशंसित प्रक्रिया अनुक्रम.

पूर्व संदूषण को हटाने के लिए बिलेट सतह को पॉलिश करें

एक चिकना, हटाने योग्य स्केल उत्पन्न करने के लिए बिलेट को पूर्व-ऑक्सीडाइज करें

जहां विस्तारित हीटिंग या जटिल ज्यामिति इसकी मांग करती है, वहां ग्लास इनेमल सुरक्षात्मक कोटिंग लागू करें

लगभग एक घंटे तक बीटा ट्रांसस के ऊपर पकड़ बनाए रखते हुए किसी द्रवयुक्त बिस्तर में या नियंत्रित विद्युत भट्ठी में गर्म करें

सतह के लचीलेपन को बहाल करने और अवशिष्ट स्केल को हटाने के लिए फोर्जिंग करें, फिर सैंडब्लास्ट करें

आवश्यकतानुसार अचार या मशीन डालें, फिर अंतिम निरीक्षण से पहले सतह का सत्यापन करें

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

प्रश्न: टाइटेनियम फोर्जिंग पर अल्फा केस क्या है?
यह एक कठोर, भंगुर, ऑक्सीजन समृद्ध सतह परत है जो तब बनती है जब टाइटेनियम को हवा में लगभग 600 डिग्री से ऊपर गर्म किया जाता है, जो बाहरी ऑक्साइड स्केल के नीचे होता है।

प्रश्न: अल्फ़ा केस को क्यों हटाया जाना चाहिए?
अल्फ़ा केस में मूल धातु की तुलना में कम लचीलापन और खराब थकान प्रदर्शन होता है, इसलिए इसे जगह पर छोड़ने से एक भंगुर सतह आती है जो सेवा में दरार शुरू कर सकती है।

प्रश्न: बिलेट के पूर्व - ऑक्सीकरण से क्या प्राप्त होता है?
यह एक चिकनी, समान और आसानी से हटाने योग्य स्केल का उत्पादन करता है, फोर्जिंग के बाद एक बेहतर सतह देता है, और अनुपचारित बिलेट्स को विकसित होने वाली मछली स्केल सतह से बचने में मदद करता है।

प्रश्न: क्या बीटा ट्रांसस की अधिकता हमेशा गहरे संदूषण का कारण बनती है?
अपने आप से नहीं. एक पारंपरिक विद्युत भट्ठी में, एक दूषित परत उथली रहती है, बशर्ते बीटा ट्रांसस के ऊपर पकड़ लगभग एक घंटे के भीतर बनी रहे, और फिर सैंडब्लास्टिंग इसे हटा देती है।

प्रश्न: टाइटेनियम बिलेट्स के लिए द्रवीकृत बिस्तर हीटिंग को प्राथमिकता क्यों दी जाती है?
क्योंकि इसका ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक मजबूरन संवहन भट्ठी से लगभग एक गुना अधिक है और पिघले हुए नमक के बराबर है, इसलिए बिलेट तेजी से गर्म होता है और उच्च तापमान पर कम समय व्यतीत करता है।

प्रश्न: फोर्जिंग के बाद अल्फा केस को कैसे हटाया जाता है?
अपघर्षक ब्लास्टिंग द्वारा, नाइट्रिक-हाइड्रोफ्लोरोइक घोल में रासायनिक अचार बनाकर, और जहां आवश्यक हो, अंतिम निरीक्षण से पहले किसी भी अवशिष्ट परत को मशीनिंग द्वारा हटा दिया जाता है।