SE503610C2 - Förfarande för framställning av rörprodukter av en Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al-legering av metastabil betafas - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 503 610 tiva inom flygindustrin. emedan de kan värmebehandlas till hög hållfasthetsnivå genom upplösningsbehandling och åldring eller genom upplösníngsbehandling. kallbearbetning och åldring. Rör utnyttjande denna nya legering har emellertid inte framställts kommersiellt hittills, huvudsakligen beroende på problem med upplösningsglödgning mellan kallreduktioner och den slutliga upplösningsglödgningsoperationen. Dessa förfaranden utföres normalt på titanlegeringsrör i en högvakuumugn. Dessa tidigare kända tekniker har valt vakuumglödgning emedan man allmänt an- såg att användning av atmosfäriska luftugnar skulle skadligt påverka egenskaperna av slutprodukten. En oxidbeläggning och ett diffusionsskikt bildas under luftglödgning. Dessa belägg- ningar minskar de mekaniska egenskaperna hos den belagda me- tallen.

Tidigare känd teknik innefattar ingen lösning för bildning av sömlösa rör ur betafastitanlegering. emedan nu tillgängliga vakuumugnar inte kan användas för att behandla kommersiellt önskvärda rörlängder. Fullständiga upplösningsbehandling av de flesta betalegeringar. vilket resulterar i optimala egenskaper efter åldring. kräver att produkten kyls från upplösningsom- givningens temperatur (730 - 840°C, 1350 - l5S0°F) till 260°C (S00°F) i mindre än ca fem (5) minuter. beroende på samman- sättning. Detta kan ej genomföras för 2.5 - 6 m långa rör (8 - 20 fot). vilka är efterfrågade av användarna av hydrau- inklude- liska rör. i för närvarande tillgängliga vakuumugnar. rande ugnar som använder inert gaskylsystem.

Elementärt titan existerar i två geometriska-former. Vid tem- peraturer under B85°C (l62S°F) har titanet en tätpackad hexa- gonal struktur, vilket är alfafasen. Vid högre temperaturer omvandlas till betafasen. en rymdcentrerad kubisk geometri.

Legeringselement eller stabilisatorer förändrar den temperatur vid vilken betatillståndet blir stabilt. I betalegeringar. vilka användes i detta sammanhang. kommer exponering för ut- valda temperaturer att sönderdela betastrukturen ledande till utfällning av en findespers alfafas. vilken ökar hållfastheten. 10 15 20 25 35 3 503 610 Under rörframställningsförfarandet. före och efter varm- eller kallbearbetning. undergår metallen åtskilliga typer av värme- behandlingar, vilka kräver upphettning till specificerade tem- peraturer under specificerade tider. följt av kylning. Kyl- ningen vid upplösningsbehandling måste också ske inom en spe- cificerad tidsrymd. för att ge de önskade egenskaperna åt me- tallen. Dessa behandlingar är avspänningsglödgning. upplös- ningsbehandling (i vissa fall kallat upplösningsglödgning) och åldring. Dessutom måste föroreningar och oxidationsprodukter avlägsnas efter värmebehandling.

Upplösningsglödgning tjänar att öka brottsegheten och duktili- teten vid rumstemperatur. Det mellanliggande upplösningsglödg- ningssteget genomföres före varje efterföljande stegvalsning eller kalldeformation av produkten. Upplösningsbehandlingen eller upplösningsbehandlingen plus kallbearbetning (stegvals- ning) och efterföljande åldring användes för att öka hållfast- hetsnivån hos metallen. Genom upphettning till upplösningsbe- handlingstemperatur, 730 - 840°C (135 - l550°F) och snabb kyl- ning stabiliseras betafasen till rumstemperatur och efterföl- jande åldring vid lägre temperaturer 425 - 680°C (800 - l250°F) sönderdelar betafasen till en starkare struk- tur, beroende på findispersion av alfafas. vilken ökar lege- ringens hållfasthet.

Efter upplösningsglödgning kan antingen vatten, luft eller ugnskylning utnyttjas. men vardera resulterar i olika drag- hållfastegenskaper efter åldring. Kylhastigheten från upplös- ningsglödgningstemperaturen är kritisk. Om processen är för långsam inträffar partiell sönderdelning av betafasen under kylningen och efterföljande åldring av betafasen resulterar inte i den önskade förbättringen av hållfastheten. optimal duktilitet för efterföljande stegvalsning uppnås inte och åld- ringsegenskaperna av slutprodukten är oförutsebara och resul- terar i mindre än normala kombinationer av hållfasthet och duktilitet. Fullständig upplösningsbehandling av legeringen kräver att kylningen sker inom ca 5 minuter, beroende på lege- ringens sammansättning. För att undvika bildning av ett oxid- 10 15 20 25 30 35 sus 610 4 skikt på ytan av metallen och en märkbar skadlig effekt på de slutliga egenskaperna hos metallen. måste enligt vad som an- getts i tidigare teknik kylningen ske i vakuumugn. olyckligt- vis finns det inga tillgängliga vakuumugnar som kan inrymma rör i längder över 2.5 m vilka krävs av flygindustrin. Om bildningen av ett oxidskikt inte spelar någon roll kan en effektiv kylning erhållas med användning av tillgängliga luft- värmebehandlingsugnar som utnyttjar luft. vatten, koksalt el- ler sodalösnsingar för att få den önskade kylningshastigheten.

Detta är beroende på tvärsektionstjocklek och storlek hos rö- ret. slutsteget i förfarandet är åldring och avspänningsglödgning.

Avspänningsglödgningsbehandlingen minskar icke önskvärd rest- spänning från kallformning och riktning. Dessa bibehåller formstabiliteten utan förlust av ytterligare hållfasthet. Åld- ringen består av en återupphettning till mellanliggande tempe- raturer. och orsakande partiell sönderdelning av betafasen för ökning av hållfastheten.

Före föreliggande uppfinning har det inte funnits någon lös- ning på dessa problem. Följaktligen har betatitanlegeringsrör icke varit kommersiellt tillgängliga.

Sammanfattning av uppfinningen Enligt uppfinningen erhålles ett förfarande för framställning av rör av metastabil titanlegering i betafas genom en serie stegvalsningar följda av glödgningar. För att komma ifrån pro- blemen som föreligger med vakuumugnen. genomföres upplösnings- glödgningen för alla mellanliggande steg i en ugn med en atmo- sfär av luft. följt av antingen kylning med vatten eller med luft av rumstemperatur för att uppnå kylning inom fem (S) mi- nuter. Under glödgning i luft bildas en oxidbeläggning och ett alfafassyrediffusionsskikt på rören. Efter kylning avskalas rören i varma saltbad och betas för avlägsnande av det syre- förorenade ytskiktet. Efter den sista stegvalsningen föredra- ges användning av direkt åldring i vakuumugn. Genom vakuumåld- ring kan den stegvalsade produkten direkt användas och förore- 10 15 20 25 30 5 503 610 ning undvikes och betningsförfarandet kan minimeras. Detta ger också en finkornigare produkt. vilken är mera känslig för fel- sökning genom ultraljudundersökning och visar ett mera jämnt svar på åldring mellan olika satser. smältor och rörformer.

Detaljerad beskrivning Vid det förbättrade förfarandet genomföres alla mellanliggande glödgningsoperationer i luftatmosfär. Förfarandet börjar när det ursprungliga materialet ångrensas och stegvalsas. Produk- ten avfettas sedan efter stegvalsningsförfarandet och ångren- sas åter. Det första glödgningssteget genomföres sedan i luft- atmosfär. Kylningen sker med användning av vatten eller luft vid rumstemperatur som krävs för att kyla inom 5 minuter. Ef- ter glödgningen. avskalas metallen i ett hett saltbad och be- tas i en salpetersyra-fluorvätesyralösning för avlägsnande av syreförorenade ytskikt. Produkten riktas. tvättas och stegval- sas åter. Detta förfarande upprepas kontinuerligt till dess att önskad diameter och tjocklek på rören uppnåtts. När dessa krav på rören uppnåtts renas rören och åldras slutligen i en vakuumomgivning. Detta innebär avspänningsglödgning och åld- ring som krävs för att sönderdela betafasen för att uppnå de önskade egenskaperna. Normalt skulle slutbehandlingen bestå i en upplösningsbehandling och därefter åldring. Detta förfaran- de använder direkt åldring i en vakuumugn efter stegvalsning för undvikande av ytförorening som kan inträffa om den slutli- ga upplösningsbehandlingen sker i luft. Den avlägsnar också upptaget väte under tidigare glödgning och betaoperationer.

Dessa resulterar i en finkornigare produkt. vilken är mera mottaglig för felsökning genom ultraljudsprovning och visar ett mera jämnt svar mot åldring av sats till sats. från smälta till smälta och mellan olika rörstorlekar.

EXEMPEL Ett rör framställdes ur Ti-l5V-3Cr-3Sn-3Al-legering. Till en början hade röret en yttre diameter av 8.6 cm (3.40 inch) och en väggtjocklek av 1.6 cm (0.60 inch) och en längd av 2.18 m (7,1 fot). Röret behandlades enligt följande steg för erhål- lande av rör med en yttre diameter av 0.95 cm (0.375 inch). en 10 15 20 25 30 35 sus 610 5 väggtjocklek av 0.07 cm (0.028 inch) och en slutlig längd av 22.53 m (887.l fot). 10. ll. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. Ångrensades.

Röret stegvalsades till en yttre diameter asv 6.03 cm, en väggtjocklek av 0.84 cm och en längd av 5,33 m (17.5 fot).

Röret avfettades. behandlades alkaliskt och ångrensades.

Röret glödgades under 15 minuter till 8l5°C (1500°F) i en luftatmosfär och kyldes sedan.

Röret avskalades. betades och riktades.

Röret ångrensades.

Röret stegvalsades till en yttre diameter av 3.81 cm. en väggtjocklek av 0.5 cm och en längd av 13.5 m (44.3 fot).

Röret avfettades. behandlades alkaliskt och ångrensades.

Röret glödgades under 10 minuter till 8l5°C (l500°F) i en luftatmosfär och kyldes sedan.

Röret avskalades. betades och riktades.

Röret ângrensades.

Röret stegvalsades till en yttre diameter av 2.55 cm. en väggtjocklek av 0.25 cm och en längd av 38.7 m (l24.9 fot).

Röret avfettades. behandlades alkaliskt och ångrensades.

Röret glödgades under 5 minuter vid 815°C (l500°F) i en luftatmosfär och kyldes sedan.

Röret avskalades. betades och riktades.

Röret ångrensades.

Röret stegvalsades till en yttre diameter av 1,60 cm. en väggtjocklek av 0.14 cm och en längd av 105.77 m (347.0 fot).

Röret avfettades. alkali- och ångrensades.

Röret glödgades under 5 minuter vid 815°C (1500°F) i en luftatmosfär och kyldes sedan.

Röret avskalades. betades och riktades.

Röret ångrensades.

Röret stegvalsades till en yttre diameter av 0,96 cm. en väggtjocklek av 0.08 cm och en längd av 295.14 m (968.3 fot).

Röret avgasades. íntvålades och spolades. 10 15 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 7 'S03 610 Röret snabbetades.

Röret åldrades under 180 minuter vid 650°C (l200°F) i en vakuumugn.

Insidesdiametern sandblästrades för framställning av en yta för betning.

Ytterdiametern polerades lätt för att ge en yta för bet- ning. 0,05 mm 0.05 mm Slutlig Slutlig Slutlig avlägsnades av insidesdiametern genom betning. avlägsnades av ytterdiametern genom betning. yttre diameter: 9.525 mm väggtjocklek: 0,71 mm längd: 270.39 m Röret inspekterades med ultralljud och visuellt och pro- vades beträffande hållfasthet och kvalitet.

Ovanstående beskrivning av en utföringsform av uppfinningen är ej avsedd att begränsa uppfinningen som i övrigt inrymmes och utföres i enlighet med ramen för följande patentkrav.

Claims (3)

sus 610 3 Patentkrav

1. Förfarande för framställning av rörprodukter av en Ti-15V- -3Cr-3Sn-3Al-legering av metastabil betafas, vilket förfarande är av den typ som innefattar en serie med åtminstone ett kallbearbetningssteg följt av ett glödgningssteg och där legeringen snabbt kyldes efter glödgning, kännetecknat av glödgning i luft av legeringen under åtminstone ett steg i serien av kallbearbetnings- och glödgningssteg.

2. Förfarande enligt. krav 1, innefattande en vakuumåldring under ett slutligt gödgningssteg direkt efter en stegvalsning.

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att betatitanlege- ringsprodukten utgöres av ett sömlöst rör.