Cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn của ống hợp kim TC11

Tại sao ống hợp kim titan bị mòn

TC11 là hợp kim alpha-beta Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si, được cung cấp tại Trung Quốc theo hệ thống ký hiệu GB/T 3620.1, với hệ số truyền beta gần 1.000 C và độ cứng ở nhiệt độ phòng khoảng 330-360 HV trong điều kiện ủ. Vấn đề trong dịch vụ trượt không phải là độ bền khối mà là đặc tính bề mặt: màng oxit trên titan mỏng, khả năng chống mài mòn do dính kém và titan có xu hướng tích tụ vào chính nó và chống lại thép. Do đó, ống được sử dụng trong xi lanh thủy lực, miếng đệm chống mòn và ống trượt cần có lớp bề mặt cứng và các tùy chọn bên dưới khác nhau chủ yếu về độ cứng lớp, chất lượng liên kết và nhiệt độ mà ống phải tồn tại.

Thấm nitơ và oxy hóa nhiệt

Thấm nitơ là con đường đơn giản nhất. Giữ ống trong môi trường chứa nitơ-ở nhiệt độ 800-900 C tạo ra lớp bề mặt TiN và Ti2N có độ cứng Vickers bề mặt từ 700 HV trở lên và có thể thêm oxy hoặc không khí để tạo vùng khuếch tán dày hơn. Hạn chế là tăng kích thước, độ giòn của lớp hợp chất dày và thực tế là nhiệt độ xử lý sẽ phá hủy cấu trúc rèn của ống trừ khi toàn bộ thành phần sau đó được xử lý nhiệt. Quá trình oxy hóa nhiệt trong không khí ở 600-800 C là một biến thể chi phí thấp hơn, phát triển lớp TiO2 có độ cứng vừa phải và cải thiện khả năng chống ăn mòn, đồng thời nó có thể được áp dụng cho ống thành phẩm mà không bị biến dạng nhiều.

Lớp bề mặt thấm cacbon và TiC{0}}

Titan cacbon hóa tạo ra pha TiC trên bề mặt với độ cứng gấp nhiều lần so với chất nền. Hạn chế là sự liên kết: lớp TiC được hình thành bằng quá trình cacbon hóa đơn giản bám dính kém vào bề mặt và bị bong ra khi chịu tải, do đó nó thường được sử dụng dưới dạng hỗn hợp hơn là lớp phủ. Trong trường hợp yêu cầu là miếng đệm hoặc ống bọc chống mài mòn thay vì ống nguyên khối thì pha TiC được sử dụng làm thành phần cứng trong hỗn hợp thiêu kết. Lộ trình đó được kiểm soát bởi chu trình thiêu kết và các tham số hẹp: nhiệt độ thiêu kết cuối cùng khoảng 1.420 C được sử dụng cho vật liệu tổng hợp dựa trên TiC{6}}với pha liên kết thép, với nhiệt độ được giữ đủ thấp để ngăn pha liên kết bị mất dưới dạng kim loại lỏng và pha cứng kết hợp lại thành nguồn đứt gãy.

Kiểm soát chu trình thiêu kết

Trong lộ trình tổng hợp, tốc độ gia nhiệt cũng quan trọng như nhiệt độ cao nhất. Trong giai đoạn liên kết-giảm nhiệt độ-thấp, chất nén phải có thời gian để giảm bớt áp lực nén và giải phóng tác nhân tạo hình; đun nóng quá nhanh sẽ giữ các chất dễ bay hơi ở dạng hơi và gây ra hiện tượng vỡ hoặc nứt-vi mô. Trên khoảng 900 C, trong giai đoạn khử, cần có đủ thời gian để loại bỏ các chất bay hơi và oxy mang theo trong bột thô. Ở giai đoạn thiêu kết pha lỏng, tốc độ tăng nhiệt độ lại chậm lại để phôi hợp kim hoàn toàn. Do đó,-loại bỏ tác nhân tạo hình, khử và thiêu kết pha lỏng{10}}là ba giai đoạn riêng biệt, mỗi giai đoạn có đường dốc và mức giữ riêng và việc bỏ qua một giai đoạn sẽ tạo ra độ xốp hoặc giao diện yếu.

Câu hỏi thường gặp

Q:Có thể áp dụng phương pháp thấm nitơ cho ống đã hoàn thiện không?
A: Chỉ với sự cẩn thận. Việc xử lý ở nhiệt độ 800-900 C gây ra sự biến dạng và phát triển, do đó phải để lại lượng cho phép mài hoặc ống phải được thấm nitơ trước khi định cỡ cuối cùng.

Q:Tại sao một lớp cacbon bị vỡ?
Trả lời: Pha TiC liên kết kém với chất nền titan và dễ gãy. Một lớp dày liên tục bị nứt dưới tải trọng tiếp xúc và bong ra.

Q:Độ cứng nào có thể đạt được từ quá trình thấm nitơ?
Trả lời: Độ cứng Vickers bề mặt từ 700 HV trở lên có thể đạt được ở nhiệt độ xử lý 800-900 C, với độ sâu được kiểm soát theo thời gian và nhiệt độ.

Q:Kiểm tra độ cứng có được thực hiện trên phần hoàn thiện không?
Trả lời: Kiểm tra độ cứng vi mô theo tiêu chuẩn ASTM E384 trên một mẫu được chia thành nhiều phần là phương pháp thông thường, bởi vì việc đọc độ cứng số lượng lớn bị chi phối bởi chất nền mềm.

Q:Nguy cơ quá nhiệt trong quá trình thiêu kết là gì?
Trả lời: Nhiệt độ quá cao khiến pha liên kết mất chất lỏng và để pha cứng kết lại và phát triển, tạo ra các vị trí bắt đầu đứt gãy khiến bộ phận không hoạt động được.