Toestanden van titaniumbuizen: gegloeid, koud-bewerkt en hitte-behandelde omstandigheden uitgelegd

Wat "staat" betekent voor titaniumbuizen

De staat van een titaniumbuis beschrijft twee verwante zaken: de leveringsconditie (hoe de molen de buis heeft verwarmd-en afgewerkt) en de metallurgische microstructuur ervan. Beide zijn gedefinieerd in de productnormen en moeten op de inkooporder worden vermeld, omdat dezelfde legering in verschillende toestanden 50-100% kan verschillen in sterkte en met een ruime marge in vervormbaarheid. Voor condensor- en warmtewisselaarbuizen zijn de geldende documenten ASTM B338 en ASME SB338; voor algemene servicebuizen is ASTM B861 van toepassing.

Leveringsvoorwaarden volgens ASTM B338

De meeste titaniumbuizen voor chemische en maritieme doeleinden worden in gegloeide toestand besteld, omdat de corrosieweerstand over het algemeen het beste is in de volledig herkristalliseerde microstructuur, en uitgloeien de ductiliteit herstelt die nodig is voor U-buigen en rollen-in.

Metallurgische staten: microstructuurfamilies

Afhankelijk van de samenstelling en warmtebehandeling kan de buiswand een van de volgende drie microstructuren hebben:

Alfamicrostructuur: enkel-fase HCP-korrels; stabiel, lasbaar, goede kruipweerstand bij verhoogde temperatuur, matige sterkte.

Alfa-bèta-microstructuur: een mix van alfa- en bètafasen; gemiddelde tot hoge sterkte, goede plasticiteit en goede lasprestaties, veel gebruikt voor warmtewisselaars op middelhoge- temperatuur.

Bèta-microstructuur: BCC-fase, vaak met getransformeerde producten na veroudering; hoogste sterkte maar lagere ductiliteit en thermische stabiliteit.

Graad 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) in gegloeide toestand is een klassiek voorbeeld van een bijna-alfa-buiskwaliteit die is gekozen voor gebruik met warme chloriden, terwijl Graad 9 (Ti-3Al-2,5V) een gemiddelde sterkte geeft met uitstekende koude vervormbaarheid.

Neerslag-Verharde en superplastische toestanden

Bij met warmte-behandelbare legeringen wordt een precipitatie-verhardingstoestand geproduceerd door oplossingsbehandeling en veroudering: de buis bereikt een goede sterkte en hardheid bij kamertemperatuur- en is geschikt voor hoge- temperatuur en hoge- drukwarmtewisselaars. Een apart concept is de superplastische toestand: een fijne, stabiele gelijkassige korrelstructuur die het mogelijk maakt dat de buis of plaat bij hoge temperatuur en onder gecontroleerde reksnelheid kan worden gevormd zonder breuk. Dit is de manier waarop complexe geometrieën en kanalen van warmtewisselaars worden vervaardigd. Voor superplastisch vormen wordt doorgaans gebruik gemaakt van fijn-korrelig materiaal en temperaturen in het alfa-bètabereik.

Hoe u de juiste staat kiest

Hoge temperatuur en hoge druk: neerslag-geharde of spannings-verlichte koude-bewerkte buis, geverifieerd aan de hand van de ontwerpcode.

Goede plasticiteit, taaiheid en lasbaarheid: gegloeide toestand.

Complex gevormde vormen: superplastisch of uitgegloeid fijn-materiaal.

Maximale sterkte-tot-gewicht in de lucht- en ruimtevaart: STA bèta- of alfa-bèta-legeringen.

Bevestig ook de materiaalkwaliteit, wanddikte en afmetingen, omdat de staat van invloed is op de grootte: dunne- buisbuizen worden meer beïnvloed door hanteren en rechttrekken, en de warmtebehandelingscyclus moet worden afgestemd op het wandgedeelte om uniforme eigenschappen te verkrijgen.

Wat te controleren op het molencertificaat

Vraag het fabriekscertificaat aan om de leveringsconditiecode, het gebruikte warmtebehandelingstemperatuurbereik en de mechanische testresultaten (treksterkte, vloeigrens, rek) te bevestigen aan de hand van de standaardtabel voor die kwaliteit en maat. Indien de buis wordt gelast, gebogen of uitgezet, vermeld dan expliciet de gewenste conditie; de bewerkings- en behandelingsgeschiedenis van de buis beïnvloedt de uiteindelijke staat en daarmee de prestaties tijdens gebruik.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen gegloeide en koud-bewerkte titaniumbuizen?

De gegloeide buis is volledig herkristalliseerd, waardoor maximale ductiliteit, taaiheid en corrosieweerstand wordt verkregen met een gemiddelde sterkte. Koud-bewerkte, spannings-buis heeft een hogere sterkte maar een lagere rek, en wordt gekozen daar waar ontwerpspanning de boventoon voert.

Waarom worden de meeste titanium warmtewisselaarbuizen gegloeid geleverd?

Gloeien herstelt de taaiheid die nodig is voor U-buigen, inrollen-in en lassen, en de herkristalliseerde structuur geeft de beste corrosieweerstand, wat de belangrijkste reden is om voor titanium in warmtewisselaars te kiezen.

Kan titaniumbuis worden gehard door warmtebehandeling?

Alleen warmte-behandelbare legeringen kunnen worden gehard door oplossingsbehandeling en veroudering. Commercieel zuivere kwaliteiten kunnen op deze manier niet worden versterkt; hun kracht wordt bepaald door interstitiële inhoud en koud werk.

Waar wordt superplastisch vormen voor gebruikt in titanium?

Superplastisch vormen wordt gebruikt om complexe, lichtgewicht vormen zoals kanalen, warmtewisselaaronderdelen en vliegtuigonderdelen in één bewerking te produceren, met behulp van fijn-korrelig materiaal, gecontroleerde reksnelheid en temperaturen in het alfa- bètabereik.

Heeft de toestand van de buis invloed op de corrosieweerstand?

Ja. Volledig gegloeide, herkristalliseerde structuren geven over het algemeen de beste corrosieprestaties. Koud-bewerkt materiaal kan een iets hogere gevoeligheid vertonen bij ernstige spleetomstandigheden. Daarom verdient gegloeide toestand de voorkeur voor chemische en maritieme toepassingen.

Welke codes verschijnen op een bestelling van titaniumbuizen?

Typische codes zijn M (gegloeid), ST (koud-bewerkt, stressvrij) en STA (oplossing behandeld en verouderd). Bevestig de code altijd bij de leverancier en stem deze af op de geldende norm, ASTM B338, B861 of het toepasselijke ASME-equivalent.