Herstellungsmethoden für Titan
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Warum Titan-Stahl-Verbundplatten spezifiziert werden
Bei einer Titan--Stahl-Verbundplatte wird eine dünne Titanschicht auf einen Baustahlträger gelegt, sodass die Korrosionsbeständigkeit von Titan nur dort zum Tragen kommt, wo sie benötigt wird. Im Vergleich zu einer massiven Titanplatte ist die Materialkostenersparnis erheblich, und die Stahlunterlage sorgt für die Steifigkeit und Festigkeit, die eine Druck- oder Behälterkonstruktion erfordert. Das Produkt ist mit einer reaktiven und feuerfesten metallplattierten Platte versehen, und die Titanschicht ist in einer anerkannten Schmiedequalität wie ASTM B265/B265M Grade 2 angeordnet, die eine Mindestzugfestigkeit von 345 MPa und eine Mindeststreckgrenze von 275 MPa aufweist.
Prozesswege im kommerziellen Einsatz
Zur Verbindung der beiden Metalle kommen vier Prozessfamilien zum Einsatz: Barren- oder Packwalzen mit eingelegtem Metall, Sprengplattierung, Rollbonden mit gecrimpten und geschweißten Kanten und Schweißauftragung. Titan ist ein aktives Metall, das ein stabiles Oxid bildet und bei Temperatur interstitielle Elemente absorbiert. Daher konzentriert sich die kommerzielle Produktion auf zwei davon: Sprengplattieren bei Umgebungstemperatur und Rollbonden mit kontrollierter Atmosphäre oder Vakuum zwischen den Kontaktflächen.
| Route | Klebetemperatur | Typisches Mantelverhältnis | Notizen |
|---|---|---|---|
| Sprengstoffverkleidung | Ambiente | 2-14 mm Titan auf dickem Stahl | Wellige Grenzfläche, große Plattengrößen, bei vielen Qualitäten keine Zwischenschicht |
| Heißwalzenbonden | 850-1,000 C | 0,5-3 mm Titan | Zusammenbau gecrimpt und geschweißt, in einem Durchgang gerollt |
| Explosiv und rollend | Kombiniert | Dünne Verkleidung, enge Toleranzen | Explosiv vor-gebondet und dann zur Ebenheit warmgewalzt |
| Schweißauftrag | Lichtbogenprozess | Lokale Abdeckung | Wird für Reparaturen und Düsenbereiche verwendet |
Sprengstoffverkleidung in der Praxis
Die Titan-Fliegerplatte wird in einem kontrollierten Abstand über der Stahlgrundplatte positioniert und an einer Kante wird eine Detonation ausgelöst. Die Kollisionsfront bewegt sich mit mehreren Kilometern pro Sekunde über die Platte und die Oberflächen werden innerhalb von Mikrosekunden gereinigt, unter Druck gesetzt und verbunden, wodurch eine wellenförmige metallurgische Verbindung entsteht, ohne dass das Schüttgut schmilzt. Da der Prozess bei Umgebungstemperatur durchgeführt wird, bildet sich vor der Bindungsfront kein Titanoxid und es ist normalerweise keine Zwischenschicht erforderlich. Detonationsgeschwindigkeit, Abstand-off und Ladungsdichte müssen auf die Plattendicke abgestimmt sein, damit die Verbindung kontinuierlich ist, die Grenzfläche jedoch nicht zu stark schmilzt.
Rollbonding- und Rollformungssequenzen
Beim Rollbonding-Verfahren werden der Stahlträger und das Titanblech gestapelt, die Kanten werden gecrimpt und verschweißt, um Luft auszuschließen, und das Paket wird erhitzt und gerollt. Üblich sind zwei Varianten: das Dickblechwalzen, bei dem das Verbundpaket stufenweise auf die fertige Dicke gewalzt wird, und das kontinuierliche Warmwalzen, bei dem eine lange Baugruppe auf einem Bandwalzwerk verarbeitet wird. Das Paket muss flach sein und der Walzplan muss eine übermäßige Reduzierung pro Durchgang vermeiden, da sonst Kantenrisse in der Titanschicht auftreten. Eine Wärmebehandlung nach dem Kleben baut Restspannungen ab und stellt die Korrosionseigenschaften der Titanoberfläche wieder her.
Bindungsqualität, Prüfung und Akzeptanz
Bei der Akzeptanz geht es eher um die Bindungsintegrität als um eine einzelne mechanische Eigenschaft. Die Ultraschalluntersuchung der gesamten Blechfläche wird gemäß der ASTM A578/A578M-Praxis für gewalzte Bleche durchgeführt, und ein Schertest wird anhand eines am Blech befestigten Probestücks durchgeführt. In den Beschaffungsdokumenten wird normalerweise eine Mindestscherfestigkeit für die Verbindung angegeben, häufig 140 MPa für Titan auf Kohlenstoffstahl, zusammen mit einem maximal zulässigen ungebundenen Bereich an den Kanten. Ein Biegetest bestätigt die Duktilität der Verbindung und eine begrenzte Anzahl von Proben wird geschnitten, um das Schnittstellenprofil freizulegen. Wenn die Platte zu einem Gefäß geformt werden soll, werden Formungsversuche durchgeführt, bevor der vollständige Auftrag freigegeben wird.
Dimensionskontrolle und Handhabung
Titan hat etwa die Hälfte des Elastizitätsmoduls von Stahl und reagiert beim Walzen anders, sodass Ebenheit und Dickentoleranz in der Titanschicht separat von der Trägerplatte gesteuert werden. Die Dicke der Verkleidung wird normalerweise nur als positive Toleranz angegeben, da ein dünner Bereich die Lebensdauer verringert, während die gesamte Blechdicke der herkömmlichen Toleranz für gewalzte Bleche folgt. Die Kanten werden auf einwandfreies Metall zugeschnitten und die freiliegende Stahlkante wird vor dem Versand geschützt, da die galvanische Verbindung zwischen Titan und Stahl die Korrosion des Stahls beschleunigt, wenn beide nass werden.
Häufig gestellte Fragen
Q:Welches Verfahren sollte für eine 3 mm dicke Titanschicht auf 30 mm dickem Stahl gewählt werden?
A: Die übliche Lösung für diese Kombination ist eine Sprengstoffumhüllung, da das Rollbonden bei dieser Umhüllungsdicke sehr große Reduzierungen erfordert und eine weniger zuverlässige Abdeckung an den Plattenkanten ergibt.
Q:Ist eine Zwischenschicht zwischen Titan und Kohlenstoffstahl erforderlich?
A: Bei den meisten handelsüblichen Qualitäten ist keine Zwischenschicht erforderlich, wenn die Verbindung in einem Schritt erfolgt und die Grenzfläche vor Sauerstoff geschützt ist. Zwischenschichten werden verwendet, wenn besondere metallurgische Einschränkungen bestehen oder die Titansorte schwer direkt zu verbinden ist.
Q:Welche Scherfestigkeit sollte die Bestellung erfordern?
A: Legen Sie den Wert in der Bestellung anhand der Entwurfsberechnung fest und überprüfen Sie ihn dann auf einem Coupon derselben Platte. Ein Minimum von 140 MPa ist ein gängiger kommerzieller Basiswert für Titan auf Kohlenstoffstahl und muss durch Tests bestätigt und nicht angenommen werden.
Q:Wie wird ein nicht verklebter Bereich erkannt?
A: Durch gerade-Strahl-Ultraschalluntersuchung über die gesamte Plattenoberfläche. Hinweise werden erfasst, mit der Abnahmegrenze in der Bestellung verglichen und nur dann durch Schweißen repariert, wenn die Spezifikation eine Reparatur zulässt.
Q:Kann die Verbundplatte in der Werkstatt des Herstellers geschweißt werden?
A: Ja, mit Verfahren für unterschiedliche Verbindungen. Die Titanseite wird unter Schutzgas geschweißt, die Stahlseite mit konventionellen Methoden, und der Übergang wird normalerweise von Stellen mit hoher -Beanspruchung entfernt platziert.
