Методы производства титана

Почему рекомендуется использовать титановую-сталную композитную пластину

Композитная пластина из титана-стали размещает тонкий слой титана на подложке из конструкционной стали, поэтому коррозионная стойкость титана учитывается только там, где это необходимо. По сравнению с цельной титановой пластиной экономия на материалах значительна, а стальная основа обеспечивает жесткость и прочность, необходимые для конструкции сосуда, работающего под давлением. Изделие покрыто плакированной пластиной из реактивного и тугоплавкого металла, а титановый слой заказывается в соответствии с признанным деформируемым сортом, таким как ASTM B265/B265M Grade 2, который имеет минимальную прочность на разрыв 345 МПа и минимальный предел текучести 275 МПа.

Технологические маршруты при коммерческом использовании

Для соединения двух металлов используются четыре семейства процессов: прокатка слитков или пакетов с вставленным металлом, плакирование взрывом, валковое соединение с гофрированными и сварными краями и наплавка. Титан является активным металлом, который образует стабильный оксид и поглощает элементы внедрения при температуре, поэтому коммерческое производство концентрируется на двух из них: взрывной наплавке при температуре окружающей среды и валковой сварке в контролируемой атмосфере или вакууме между сопрягаемыми поверхностями.

Взрывоопасная оболочка на практике

Титановая листовая пластина располагается на контролируемой стойке-над стальной опорной пластиной, и на одном краю инициируется детонация. Фронт столкновения проходит по пластине со скоростью несколько километров в секунду, а поверхности очищаются, подвергаются давлению и соединяются за микросекунды, создавая волнистую металлургическую связь без плавления сыпучего материала. Поскольку процесс проводится при температуре окружающей среды, перед фронтом склеивания не образуется оксид титана и обычно не требуется промежуточный слой. Скорость детонации, расстояние-зазора и плотность заряда должны соответствовать толщине пластины, чтобы связь была непрерывной, но граница раздела не переплавлялась-.

Последовательность валкового склеивания и формирования валков

При рулонном склеивании стальная подложка и титановый лист укладываются друг на друга, края обжимаются и свариваются для исключения доступа воздуха, а пакет нагревается и прокатывается. Распространены два варианта: прокатка толстого листа, при которой склеенный пакет поэтапно раскатывается до конечной толщины, и непрерывная горячая прокатка, при которой длинная сборка обрабатывается на полосовом стане. Пакет должен быть ровным, а режим прокатки должен исключать чрезмерное обжатие за проход, иначе в титановом слое появится краевое растрескивание. Термическая обработка после склеивания снимает остаточные напряжения и восстанавливает коррозионные свойства поверхности титана.

Качество облигаций, тестирование и приемка

Приемка определяется целостностью соединения, а не каким-то одним механическим свойством. Ультразвуковой контроль всей площади листа проводится в соответствии с практикой ASTM A578/A578M для прокатанных листов, а испытание на сдвиг проводится с образца, прикрепленного к листу. В закупочной документации обычно указывается минимальная прочность на сдвиг для соединения, часто 140 МПа для титана с углеродистой сталью, а также максимально допустимая несвязанная площадь по краям. Испытание на изгиб подтверждает пластичность соединения, и ограниченное количество образцов разрезается для выявления профиля интерфейса. Если пластина будет сформована в сосуд, перед выпуском полного заказа проводятся испытания по формованию.

Контроль размеров и обработка

Титан имеет примерно вдвое меньший модуль упругости, чем сталь, и по-другому реагирует на прокатку, поэтому плоскостность и допуск по толщине титанового слоя контролируются отдельно от опорной пластины. Толщина плакирования обычно указывается только как положительный допуск, поскольку тонкая область снижает срок службы, в то время как общая толщина листа соответствует обычному допуску прокатанного листа. Края обрезаются до прочного металла, а оголенная стальная кромка защищается перед отправкой, поскольку гальваническая связь между титаном и сталью ускоряет коррозию стали, когда обе стали смачиваются.

Часто задаваемые вопросы

Q:Какой процесс следует выбрать для нанесения слоя титана толщиной 3 мм на сталь толщиной 30 мм?
Ответ: Обычным ответом на эту комбинацию является наплавка взрывчаткой, поскольку рулонное соединение при такой толщине оболочки требует очень больших обжатий и обеспечивает менее надежное покрытие по краям пластины.

Q:Нужна ли прослойка между титаном и углеродистой сталью?
Ответ: Для большинства коммерческих марок промежуточный слой не требуется, если соединение выполнено в один этап и интерфейс защищен от кислорода. Промежуточные слои используются там, где существуют определенные металлургические ограничения или где титан трудно склеить напрямую.

Q:Какая прочность на сдвиг должна быть указана в заказе на поставку?
О: Зафиксируйте значение в заказе из проектного расчета, затем сверьте его по купону с той же таблички. Минимум 140 МПа является общепринятым коммерческим базовым уровнем для титана на углеродистой стали, и его необходимо подтверждать испытаниями, а не предполагать.

Q:Как обнаруживается несвязанная область?
Ответ: С помощью прямого-ультразвукового исследования всей поверхности пластины. Показания сопоставляются с приемочным пределом, указанным в заказе, и ремонтируются сваркой только в тех случаях, когда технические условия допускают ремонт.

Q:Можно ли сварить композитную пластину в производственном цеху?
О: Да, с процедурами, написанными для разных суставов. Титановая сторона сваривается с защитой инертным газом, а стальная сторона сваривается обычными методами, а переход обычно размещается вдали от мест с высоким-напряжением.