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二氧化鈦真空爐|鈦合金真空退火工藝的優(yōu)化選擇
2024-07-01
眾所周知，鈦合金由于其高比強(qiáng)度和高熱強(qiáng)度等突出優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代飛機(jī)上的應(yīng)用越來(lái)越多。另一方面，由于鈦合金本身的特性，在其鑄錠、壓力加工、熱處理、焊接等過(guò)程中，會(huì)發(fā)生相對(duì)頻繁的氫滲透。一般來(lái)說(shuō)，鈦合金中氫含量濃度的增加會(huì)導(dǎo)致氫脆的增加。氫脆(HIC氫致開(kāi)裂)問(wèn)題并非鈦合金獨(dú)有。其他金屬材料，如鋼、鋁合金等，也存在氫脆問(wèn)題。
隨著鈦合金在飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用不斷增加，其氫脆問(wèn)題受到航空制造業(yè)的高度重視。目前，真空退火是航空制造業(yè)中唯一一種從鈦合金中去除氫氣的工藝方法。在鈦合金產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程結(jié)束時(shí)，需要進(jìn)行真空退火，以降低其氫含量濃度并使其達(dá)到安全水平。這確保了鈦合金結(jié)構(gòu)在其使用壽命期間的安全性和可靠性。目前，合金真空退火研究的一個(gè)趨勢(shì)是建立基于脫氫條件(包括結(jié)構(gòu)、工藝、材料條件)和真空退火規(guī)范參數(shù)(包括溫度、時(shí)間等參數(shù))多因素系統(tǒng)的真空退火規(guī)范選擇，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得優(yōu)化意義上的最佳真空退火規(guī)范。
如上所述，鈦合金真空退火規(guī)范的選擇是一個(gè)復(fù)雜的多因素問(wèn)題。它涉及鈦合金與氫相互作用的可逆性原理，如描述氣體介質(zhì)中氫的壓力與鈦合金中氫含量之間的關(guān)系，鈦合金中氫氣含量與其機(jī)械性能之間的定量關(guān)系，鈦。合金中氫氣的平衡濃度與退火時(shí)間之間的關(guān)系等，還涉及退火結(jié)構(gòu)或零件的結(jié)構(gòu)形式，如球體、圓柱體、厚板和薄板，以及結(jié)構(gòu)是否有內(nèi)腔和厚度是否均勻(是否肥厚)等，甚至涉及產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中問(wèn)題。因此，鈦合金真空退火規(guī)范的選擇，受這諸多因素的影響，本身就存在所謂的“最優(yōu)”問(wèn)題。對(duì)上述多因素系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究，有助于從本質(zhì)上闡明各因素對(duì)真空退火規(guī)范選擇的影響，具有明顯的理論科學(xué)意義。另一方面，真空退火是一種昂貴的工藝，需要昂貴的真空爐設(shè)備并消耗大量電力。特別是對(duì)于大型鈦合金結(jié)構(gòu)的真空退火，真空爐尺寸和電力消耗的增加將大大提高產(chǎn)量。成本，這需要嚴(yán)格分析影響真空退火的各種因素，以確保真空退火的鈦合金結(jié)構(gòu)具有所需的機(jī)械性能和可用性性能，并降低生產(chǎn)成本。因此，優(yōu)化真空退火工藝參數(shù)的選擇在實(shí)際生產(chǎn)中也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二氧化鈦真空爐|鈦合金真空退火規(guī)范選擇的一般原則
在給定的特定應(yīng)用中，特定鈦合金的真空退火規(guī)范如下：
(1) 確定該類型鈦合金中的最大安全允許濃度Cf;氫的最終濃度Ck可以取為等于Cf;
(2) 通過(guò)必要的計(jì)算來(lái)確定氫的平衡濃度Cp。理論上，它是在無(wú)限長(zhǎng)的真空退火過(guò)程中達(dá)到的平衡濃度。應(yīng)為最終濃度的1/2～1/3;
(3) 考慮脫氫條件和真空退火規(guī)范對(duì)鈦合金力學(xué)性能和使用性能的影響，修正真空退火溫度;
(4) 在選定的溫度下，根據(jù)已知的氫在待退火鈦合金中的擴(kuò)散系數(shù)，以及計(jì)算的氫濃度值Ck、Cp和初始?xì)浜緾o，計(jì)算真空退火的持續(xù)時(shí)間;
(5) 在真空退火的最后階段，規(guī)定在退火結(jié)構(gòu)的冷卻過(guò)程中注入空氣以形成保護(hù)性氧化膜。對(duì)于加工產(chǎn)品，還應(yīng)規(guī)定加熱速度，以防止產(chǎn)品結(jié)構(gòu)翹曲。
優(yōu)化選擇的真空退火規(guī)范充分考慮了多種因素的影響，其主要參數(shù)退火溫度更為明確。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)類型和工藝條件下的結(jié)構(gòu)，退火持續(xù)時(shí)間不同。以保證合理分解。氫氣和較低的生產(chǎn)成本提供了可能性。
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