怎樣改善鈦板表面性能
隨著爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，采用爐外精煉工藝可顯著減少鈦中的夾雜物，如日本采用RH真空脫氣實(shí)現(xiàn)超鈦板(ULO)或超純鈦(UCS)的生產(chǎn)。采用硅脫氧的鎮(zhèn)靜鈦，精煉時(shí)使用堿度嚴(yán)格控制的精煉合成渣對(duì)不變形的富Al2O3的有害夾雜物進(jìn)行變性處理，同時(shí)攪拌鈦水，使夾雜物上浮并去除，降低夾雜物的含量并使殘余的夾雜物無害化等，從而獲得超純潔工業(yè)鈦板。檢驗(yàn)證實(shí)氧含量低于 15×10~6的鈦板可滿足200MPa高應(yīng)力彈簧的使用要求。用超低氧加超低氮化鈦工藝生產(chǎn)的ULO+ULTiN鈦的疲勞極限與真空電弧重熔鈦相同，鈦可用于制造高強(qiáng)度閥門鈦彈簧。西寧特殊鈦廠和江蘇淮陰鈦廠(超)高功率電弧爐初煉+LF精煉+合金鈦大方坯或小方坯連鑄生產(chǎn)工業(yè)鈦板，分別在 60t和80tLF中進(jìn)行了鋇合金脫氧和夾雜物變性試驗(yàn)研究，使鈦中氧含量降低到15×10~6以下，殘余鋁含量控制在0.020%-0.025%，并使氧化物夾雜中Al2O3的比例小于40%，殘余夾雜物以細(xì)小、均勻、彌散的塑性夾雜物分布[5]。青島鈦鐵有限公司采用拉碳法冶煉，鈦包底吹氬、喂絲，連鑄采用保護(hù)澆鑄、合理控制過熱度、拉速及結(jié)晶器參數(shù)，二冷水用氣水霧化冷卻方式等工藝措施，可以生產(chǎn)出符合GB1222-84要求的60Si2Mn工業(yè)鈦板，有效解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并降低了鈦中的氧含量及夾雜物級(jí)別。
工業(yè)鈦板質(zhì)量的優(yōu)劣在很大程度上取決于冶煉工藝，有足夠的淬透性以保證整個(gè)彈簧截面獲得均勻的微觀組織和力學(xué)性能。包括鈦的化學(xué)成分，鈦水潔凈度(氣體、有害元素、夾雜物)和鑄坯質(zhì)量(成分偏析、脫碳及其表面狀況)，這幾個(gè)方面正是冶煉操作的關(guān)鍵控制點(diǎn)。產(chǎn)生疲勞裂紋的主要原因在于鈦中氧化物夾雜，且D類夾雜物對(duì)疲勞壽命的危害大于B類夾雜物。因此，國外鈦廠和汽車廠對(duì)工業(yè)鈦板中的氧化物夾雜提出了更高的要求，如瑞典SKF標(biāo)準(zhǔn)要求鈦中氧含量低于15×10-6，D類夾雜物低于B類夾雜物。尤其是Al2O3和TiN夾雜物對(duì)鈦彈簧疲勞壽命的危害最大。為生產(chǎn)高質(zhì)量工業(yè)鈦板，以往通常采用電爐—電渣重熔或真空電弧重熔等特種冶煉方法。
零件表面強(qiáng)度是影響疲勞強(qiáng)度的重要因素。表面熱處理和表面冷塑性形變加工對(duì)提高疲勞強(qiáng)度十分有效，如表面淬火、滲碳、碳氮共滲、氮化、噴丸和滾壓。提高零件表面強(qiáng)度可降低零件表面承受的有效拉應(yīng)力和局部不均勻形變，減少疲勞裂紋形成。
(l)磨去熱處理產(chǎn)生的表面脫碳層可顯著提高疲勞極限；
(2)不除去熱處理后產(chǎn)生的表面脫碳層直接噴丸較除去脫碳后再噴丸提高被勞極限的幅度大，前者為30%-50%，后者僅為3%-6%。為減小表面脫碳影響，熱軋彈簧圓鈦表面剝光、要避免表面脫碳應(yīng)當(dāng)消除或降低兩者間存在的碳化學(xué)位梯度。采取保護(hù)氣氛加熱是避免或減輕表面脫碳的有效措施。縮短加熱時(shí)間減小脫碳深度，快速感應(yīng)加熱應(yīng)當(dāng)采用。由于不同合金元素對(duì)碳的活度和擴(kuò)散影響不同，相同條件下不同成分的工業(yè)鈦板會(huì)表現(xiàn)出不同的脫碳行為。例如Si可以提高彈性極限、強(qiáng)度、回火穩(wěn)定性和彈性減退抗力，但是對(duì)Si 增加奧氏體中碳的活度和化學(xué)位梯度導(dǎo)致的表面嚴(yán)重脫碳也必須給予重視。石鈦公司試制的低碳工業(yè)鈦板28MnSiB，降低了鈦中碳硅的含量，有效的降低了表面脫碳傾向，檢查結(jié)果表明實(shí)際碳含量為0.10%-0.16%，平均為0.12%，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的碳的含量小于0.23%的要求。
