Gr38 titaanisulami lõõmutamisprotsess

Gr.38 titaanisulam on uus titaanisulam, mille on välja töötanud ATI Technology Company Ameerika Ühendriikides. See võib asendada kõige tavalisema keskmise ja kõrge tugevusega titaanisulami. Selle nimikoostis on Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O, mis on + --tüüpi ülitugev titaanisulam. Võrreldes TC4 sulamiga kasutab Gr.38 sulam stabiliseeriva elemendina kallima vanaadiumi asemel rauda. Selle tugevus on samaväärne TC4 sulami omaga ja selle pikenemine on samaväärne või veidi suurem. Erinev on aga see, et seda saab nii kuumtöödelda kui ka külmtöödelda ning sellest saab valmistada õhukesi plaate, pooli, ribasid, täppiskuumvaltsitud ribasid, paksusid plaate, õmblusteta torusid, valandeid ja tehnilisi tooteid. Arvestades asjaolu, et Gr.38 titaanisulam on suurepärase superplastilise vormitavuse ja pooride väsimise võimega ning seda saab kasutada ka hõõrdkeevitamiseks, on sellel lai valik kasutusalasid ja see sobib üsna hästi terase, alumiiniumi, komposiitmaterjalide asendamiseks, puhas titaan ja muud materjalid. Titaanisulamitel on väga laialdased kasutusvõimalused, eriti kosmose- ja sõjalistes kaitsesüsteemides. Praegu on selle sulami kohta väga vähe uurimisaruandeid. Seetõttu uurisid teadlased erinevate lõõmutamissüsteemide mõju Gr.38 titaanisulamist väikeste varraste mikrostruktuurile, mehaanilistele omadustele ja tõmbemurdude morfoloogiale.

Peamised toorained, mida kasutatakse Gr.38 titaanisulami valmistamiseks, on titaankäsn ja lisatud legeerelemendid. Lisatud legeerivate elementide hulka kuuluvad alumiiniumvanaadiumisulam, alumiiniumoad, raudnaelad ja titaandioksiid. Pärast segamist, elektroodide ettevalmistamist ja muid protsesse kasutati vaakumtarbimisega elektrikaareahju kaheks vaakumsulatamiseks, et valmistada Φ440 mm valuplokk. Temperatuuri tõstva metallograafilise meetodiga mõõdeti Gr.38 titaanisulami faasimuutuspunktiks 970±5 kraadi. Φ440 mm valuplokk sepistati 8 korda ja lõpuks kuumvaltsitati valtsitud olekus Φ20 mm vardaks. Lõõmutussüsteem on vastavalt ahju jahutamine, vesijahutus ja õhkjahutus pärast 1 tunni jooksul temperatuuril 830, 930, 950 ja 1000 kraadi hoidmist.

Lõika valmis vardast mehaanilise omaduse näidisena 75 mm pikkune testvarras ja metallograafiliseks prooviks lõigake 20 mm pikkune testvarras. Pärast lõõmutamist on testi sisu valmis. Katse sisu on peamiselt mikrostruktuuri, toatemperatuuri tõmbeomaduste ja tõmbemurdude morfoloogia testimiseks erinevatel lõõmutamisrežiimidel. Tulemused näitasid, et:

(1) Pärast 1 tunni jooksul temperatuuril 930-950 hoidmist ja seejärel õhkjahutusega (või vesijahutusega) lõõmutamist võib Gr.38 sulam saada suurema tugevuse ja plastilisuse ning sellel on head terviklikud mehaanilised omadused.

(2) Pärast Gr.38 sulami õhkjahutamist ja 1 tunni jooksul 830 kraadi juures lõõmutamist on voolavuspiir madal, mis on kasulik materjali edasisel töötlemisel.

(3) Gr.38 sulamist materjali toatemperatuuril tõmbemurdumise morfoloogia näitab kärgstruktuuri plastilise murdumise omadusi. Pärast 1-tunnist lõõmutamist 1000 kraadi juures on murdepinna lohud suhteliselt väikesed ja madalad ning selle plastilisus on suhteliselt halb.