Pri izdelavi titanovih grelnih cevi hladno vlečenje zmanjša-površino preseka za določen odstotek pred končnim žarjenjem. Stopnja hladnega dela določa gonilno silo za rekristalizacijo med žarjenjem. Nizka stopnja hladne obdelave 5 % povzroči velika rekristalizirana zrna ASTM 4–5 (premer 80–120 µm). Visoka stopnja hladne obdelave 20 % proizvaja fina rekristalizirana zrna ASTM 8–10 (premer 11–22 µm). V zraku pri 300 stopinjah fino{16}}zrnat material izkazuje 3–5-krat večjo odpornost na razpoke zaradi toplotne utrujenosti, ker manjša zrna zagotavljajo večjo mejno površino zrn, da se prilagodijo ciklični toplotni obremenitvi in ​​uprejo širjenju razpok.

Mehanizem vpliva velikosti zrn na odpornost proti toplotni utrujenosti

Med termičnim kroženjem pri 300 stopinjah se titanova cev razširi in skrči. Ciklična deformacija se prilagaja z zdrsom in drsenjem meja zrn. Drobno{3}}zrnat material ima več meja zrn na enoto prostornine, kar omogoča enakomernejšo porazdelitev napetosti. Začetek razpok se pojavi na drsnih pasovih in mejah zrn; drobnejša zrna zmanjšajo dolžino zdrsa in koncentracijo napetosti na mejah zrn. Hitrost rasti utrujenostne razpoke sledi da/dN ∝ d^0,5, kjer je d velikost zrn. Prepolovitev premera zrna zmanjša stopnjo rasti razpok za 30 %. Poleg tega drobna zrna zagotavljajo več ovir za širjenje razpok, zaradi česar razpoke spremenijo smer in razpršijo energijo.

Kvantitativna prekristalizirana velikost zrn kot funkcija hladnega dela

Nadzorovano žarjenje titanovih cevi stopnje 2 pri 700 stopinjah za 30 minut, po različnih stopnjah hladne obdelave, je določilo naslednje velikosti rekristaliziranih zrn. Pri 5 % hladni obdelavi je velikost prekristaliziranega zrna ASTM 3–5 (premer 50–125 µm), trdota po žarjenju pa 160–180 HV. Pri 10 % hladni obdelavi je velikost zrn ASTM 5–7 (32–64 µm), trdota pa 170–190 HV. Pri 15 % hladni obdelavi je velikost zrn ASTM 7–8 (22–45 µm), trdota pa 180–200 HV. Pri 20 % hladni obdelavi je velikost zrn ASTM 8–9 (16–32 µm), trdota pa 190–210 HV. Pri 30 % hladni obdelavi je velikost zrn ASTM 9–10 (11–22 µm), trdota pa 200–220 HV. Pri 40 % hladni obdelavi je velikost zrn ASTM 10–11 (8–16 µm), trdota pa 210–230 HV.

Življenjska doba zaradi toplotne utrujenosti pri 300 stopinjah kot funkcija velikosti zrn

Ciklično testiranje na zraku pri 300 stopinjah s temperaturnim nihanjem 250 stopinj (50 stopinj do 300 stopinj) v 10.000 ciklih je določilo naslednje globine razpok zaradi toplotne utrujenosti za titan razreda 2. Za velikost zrn ASTM 3–5 (5 % hladno delo) je globina razpoke po 10.000 ciklih 150–300 µm, življenjska doba do razpoke velikosti 1 mm pa 30.000–50.000 ciklov. Za velikost zrn ASTM 5–7 (10 % hladno delo) je globina razpoke 80–150 µm, življenjska doba do 1 mm pa 60.000–100.000 ciklov. Za velikost zrn ASTM 7–8 (15 % hladno delo) je globina razpoke 40–80 µm, življenjska doba do 1 mm pa 120.000–200.000 ciklov. Za velikost zrn ASTM 8–9 (20 % hladno delo) je globina razpoke 20–40 µm, življenjska doba do 1 mm pa 250.000–400.000 ciklov. Za velikost zrn ASTM 9–10 (30 % hladno delo) je globina razpoke 10–20 µm, življenjska doba do 1 mm pa presega 500.000 ciklov.

Hladno delo in vodnik za izbiro velikosti zrn za 300-stopinjski zračni servis

Naslednja tabela podaja priporočila za predhodno raven hladnega dela in posledično velikost zrn za titanove grelne cevi, namenjene uporabi na zraku pri 300 stopinjah, na podlagi pričakovanih toplotnih ciklov in želene življenjske dobe ob utrujenosti.

Inženiring, ki presega nadzor nad hladnim delom

Stopnja titana vpliva na prekristalizacijo. Stopnja 7 rekristalizira pri nekoliko višji temperaturi kot stopnja 2 zaradi paladija, vendar je končna velikost zrn za določeno stopnjo hladne obdelave podobna. Stopnja 5 (Ti-6Al-4V) v teh pogojih ne rekristalizira popolnoma. Debelina stene ne vpliva neposredno na velikost zrn, ampak vpliva na čas širjenja razpok; 2,0 mm stena z 20 µm razpoko ima preostalih 98 % stene. Temperatura in čas žarjenja prav tako vplivata na velikost zrn; višje temperature ali daljši čas postanejo groba zrna. Za največjo odpornost proti toplotni utrujenosti je koristno hladno delo nad 20 %, vendar lahko prekomerno hladno delo (nad 40 %) povzroči razpoke med vlečenjem.

Izdelava informirane specifikacije

Za titanovo grelno cev, ki deluje na zraku pri 300 stopinjah s precejšnjim toplotnim ciklom, določite predhodno stopnjo hladnega dela 20–30 % pred končnim žarjenjem. Zahtevajte končno rekristalizirano velikost zrn ASTM 8 ali večjo. Za aplikacije z manj kot 60.000 pričakovanimi cikli je sprejemljivo 10–15 % hladno delo. Pri hudem cikliranju (dnevni začetek-ustavitev 10 let, približno 3650 ciklov) je razlika med ASTM 5 in ASTM 8 zanemarljiva in zadostuje standardno hladno delo. Za kritične aplikacije s hitrim toplotnim ciklom (veliko ciklov na dan) navedite 30 % hladno delo in velikost zrn ASTM 9 ali več. Z nadzorom stopnje hladnega dela pred žarjenjem inženir prilagodi velikost zrn, da doseže zahtevano odpornost proti toplotni utrujenosti pri 300 stopinjah.,