Wie entsteht die spröde Schicht auf der Oberfläche von Titan und Titanlegierungen?

Wie entsteht die spröde Schicht auf der Oberfläche von Titan und Titanlegierungen?

Titan ist ein wichtiger Metallwerkstoff. Titanlegierungen haben ein breites Anwendungsspektrum in der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und anderen Bereichen und werden hauptsächlich bei der Herstellung von Flugzeugteilen und Triebwerken verwendet.Das Hochtemperaturschmieden ist eine wichtige Prozessmethode zum Formen von Titanlegierungen.Bei der plastischen Hochtemperaturumformung bildet sich auf der Oberfläche von Titan und Titanlegierungen eine spröde Schicht.Diese spröde Schicht beeinträchtigt die Qualität von Teilen aus Titanlegierung erheblich.

Wie entsteht die spröde Schicht auf der Oberfläche von Titan und Titanlegierungen?Wenn Titan hohen Temperaturen ausgesetzt wird, bildet sich aufgrund der Sauerstoffdiffusion in das Titan eine harte, spröde Schicht, eine sogenannte Alpha-Schicht.

Titan ist ein sehr starkes Metall und die Alpha-Schicht verringert die Belastung, der die Oberfläche standhalten kann, bevor es zu Rissen kommt.Risse auf der Oberfläche von Titan und Titanlegierungen können zur Bildung von Rissen führen, die letztendlich zum Versagen des Teils führen.Ein Versagen des Teils kann zu Flugzeugabstürzen und Verletzungen führen.Für den Umgang mit der Bildung einer Alphaschicht auf Titan gibt es drei verschiedene Ansätze: Vorbeugung, Minimierung oder Entfernung.Der derzeit in der Industrie eingesetzte Prozess zur Lösung dieses Problems ist die Entfernung durch chemisches Mahlen.

Beim chemischen Mahlen wird das geschmiedete Produkt im Wesentlichen in einen mit einer starken Säure, Flusssäure oder Salpetersäure gefüllten Behälter getaucht, um die Alpha-Schicht zu entfernen.Derzeit ist das chemische Mahlverfahren nicht die ideale Lösung für das Problem, da in der Luftfahrtindustrie sehr strenge Vorschriften gelten, was das chemische Mahlen sehr teuer macht.Dies setzt die beteiligten Unternehmen auch rechtlichen Risiken aus, da im Extremfall ausgelaufene Chemikalien sowohl den Mitarbeitern als auch der Umwelt schaden können.Darüber hinaus muss überschüssige Flusssäure entsorgt werden, was zu größeren Umweltbedenken führt.

Angesichts der aktuellen Fortschritte müssen noch einige Aspekte vertieft bearbeitet werden.Erstens der Mechanismus der Bildung von α-Schichten mit dem Ziel, die Verhinderung und Abschwächung der Bildung von α-Schichten zu untersuchen.Zweitens die Wirkung verschiedener Beschichtungen auf die α-Schicht mit dem Ziel, bessere Schutzbeschichtungen zu erforschen.Drittens die Bewertungsmethode der α-Schicht auf der Oberfläche von Titan und Titanlegierungen, um die Tiefe der α-Schicht genau zu bestimmen und die Bildung des richtigen chemischen Fräsprozesses zu unterstützen.

Die Untersuchung dieses Problems trägt dazu bei, die Sicherheit von Schmiedeteilen aus Titan und Titanlegierungen sowie die Wirtschaftlichkeit des Prozesses zur Entfernung der α-Schicht aus Titanlegierungen zu verbessern.