Podczas operacji cięcia i obróbki skrawaniem jedną z najbardziej typowych wad jest umocnienie przez zgniot.
Ponieważ Ti‑6Al‑4V podczas skrawania ulega dużym odkształceniom plastycznym, warstwa wierzchnia staje się niezwykle twarda, co przyspiesza zużycie narzędzia oraz powoduje rozdzieranie, zacieranie i zarysowania obrabianej powierzchni. Innym częstym problemem jest wysoka temperatura skrawania spowodowana niską przewodnością cieplną. Większość ciepła wytwarzanego podczas obróbki koncentruje się w strefie skrawania, zamiast rozpraszać się w obrabianym przedmiocie lub wiórze. Wysoka temperatura prowadzi do przyczepności narzędzia, zużycia dyfuzyjnego i narostu na krawędzi (BUE), co skutkuje słabą chropowatością powierzchni, odchyleniami wymiarowymi, a nawet mikropęknięciami. Ponadto, ze względu na niski moduł sprężystości stopu tytanu, podczas toczenia lub frezowania łatwo pojawiają się sprężyny i wibracje, powodując niestabilność wymiarową, stożkowość i drgania na powierzchni.
W procesach obróbki na gorąco, takich jak kucie i walcowanie, defekty są ściśle związane z kontrolą temperatury i jednorodnością odkształceń.
Pękanie jest krytyczną wadą, szczególnie na powierzchni lub krawędziach. Kruchość obudowy alfa w wysokiej temperaturze, nierównomierne nagrzewanie lub nadmierna szybkość odkształcania mogą prowadzić do pęknięć krawędziowych, pęknięć powierzchniowych lub wewnętrznych pęknięć międzykrystalicznych. Inną typową wadą jest tworzenie się powłoki alfa, twardej i kruchej warstwy wzbogaconej w tlen, która powstaje, gdy stop jest podgrzewany w powietrzu bez atmosfery ochronnej. Ta obudowa alfa zmniejsza plastyczność, wydajność zmęczeniową i odporność na uderzenia. Ponadto niewłaściwe kucie może prowadzić do gruboziarnistej struktury, co zmniejsza wytrzymałość i udarność. Nierównomierne odkształcenie może również powodować zaburzenia linii przepływu, co znacznie zmniejsza trwałość zmęczeniową kluczowych elementów konstrukcyjnych.
Podczas obróbki cieplnej niewłaściwe parametry mogą spowodować przegrzanie, przegrzanie lub koncentrację naprężeń szczątkowych.
Przegrzanie prowadzi do nieprawidłowego wzrostu ziaren i kruchej mikrostruktury. Przeciążenie w procesie STA znacznie zmniejsza wytrzymałość i twardość. Niewystarczające chłodzenie lub nierównomierne ogrzewanie powoduje naprężenia szczątkowe, które mogą skutkować odkształceniami, wypaczeniami, a nawet opóźnionym pękaniem po obróbce. W przypadku elementów spawanych niewłaściwa obróbka cieplna po spawaniu łatwo powoduje naprężenia resztkowe i odkształcenia spoiny, wpływając na stabilność wymiarową.
W procesie spawania typowe wady obejmują porowatość, niepełne stopienie i pękanie spoin.
Tytan ma wysokie powinowactwo chemiczne do tlenu, azotu i wodoru w wysokich temperaturach. Jeśli atmosfera ochronna jest niewystarczająca, następuje absorpcja gazu, co prowadzi do porowatości i zwiększonej kruchości. Absorpcja wodoru jest szczególnie szkodliwa i może powodować opóźnione pękanie wodoru. Ponadto szybkie nagrzewanie i chłodzenie podczas spawania powodują duże naprężenia szczątkowe, co powoduje odkształcenie spoiny i pękanie na gorąco. Spoina i strefa wpływu ciepła często wykazują stwardnienie i utratę plastyczności, co zmniejsza ogólną integralność konstrukcji.
Podczas odlewania typowe wady obejmują wnękę skurczową, porowatość skurczową, wtrącenia i segregację.
Tytan ma wysoką temperaturę topnienia i wysoką reaktywność chemiczną, dlatego należy go topić w próżni lub atmosferze ochronnej. Niewłaściwa temperatura zalewania i wypełnienie formy łatwo prowadzą do skurczu i porowatości. Wtrącenia niemetaliczne znacznie zmniejszają wytrzymałość zmęczeniową. Segregacja chemiczna może powodować nierówną mikrostrukturę i wydajność.
Podsumowując, ze względu na swoje nieodłączne właściwości fizyczne i chemiczne, stop tytanu klasy 5 jest podatny na utwardzanie przez zgniot, zacieranie powierzchniowe, zużycie narzędzi w wysokiej temperaturze, obudowę alfa, pęknięcia, naprężenia szczątkowe, porowatość i odkształcenia podczas przetwarzania.
Wady te można skutecznie ograniczyć lub uniknąć poprzez ścisłą kontrolę parametrów przetwarzania, stosowanie specjalnych narzędzi, stosowanie atmosfer ochronnych, optymalizację procedur ogrzewania i chłodzenia oraz wdrażanie rozsądnych obróbek cieplnych po obróbce. Zrozumienie tych powszechnych defektów i mechanizmów ich powstawania jest niezbędne do poprawy stopnia kwalifikacji produktu, zapewnienia wydajności mechanicznej i wydłużenia żywotności w zastosowaniach przemysłowych.
