Spannungsentlastung für Titanstäbe

Titanstäbe erzeugen nach Prozessen wie Kaltziehen, Walzen, Schmieden, Richten, Schleifen und maschineller Bearbeitung Eigenspannungen. Diese Eigenspannung kann folgende Ursachen haben: Biegeverformung des Stabes, Verzug nach der Bearbeitung, Lagerverformung und die Gefahr von Schweißrissen.

1. Spannungsarmglühen (Spannungsarmglühen): Beseitigt nur Spannungen, rekristallisiert nicht vollständig und die Härte bleibt im Wesentlichen erhalten.

2. Vollglühen/Vakuumglühen (Vollglühen/Vakuumglühen): Beides beseitigt Spannungen und verfeinert die Kristallkörner, verringert die Härte und erhöht die Plastizität.
 

1. Vakuum-Spannungsarmglühen
Titanmaterialien dürfen keiner Hochtemperatur-Wärmebehandlung an der Luft unterzogen werden, da sich dadurch eine -Sauerstoffschicht bildet, die zur Versprödung neigt.
Es können nur Vakuumöfen verwendet werden.

• Spannungsabbau bei niedriger-Temperatur (beseitigt nur Spannungen, rekristallisiert nicht vollständig)

Temperatur: 480–590 Grad, Vakuumhaltung, langsame Abkühlung im Ofen

◦ TA2 Gr2 reines Titan: üblicherweise 500–550 Grad

◦ TC4 Gr5 Titanlegierung: üblicherweise 530–580 Grad

◦ Wirkung: Löst den größten Teil der Eigenspannung; keine nennenswerte Rekristallisation der Kristallkörner; geringe Veränderung der Härte und Festigkeit; begrenzte Verbesserung der Plastizität.

◦ Anwendung: Härte und Festigkeit des Materials nicht wesentlich verringern, sondern nur innere Spannungen beseitigen.

Vollständiges Rekristallisationsglühen im Vakuum (beseitigt Spannungen vollständig und verändert die mechanischen Eigenschaften)

TA2 Gr2: 600-680 Grad; TC4 Gr5: 700–780 Grad Vakuum-Warmhalteofenkühlung

◦ Stress fast vollständig gelöst; Kristallkörner re-kristallisieren; Die Härte nimmt ab, Dehnung und Plastizität nehmen deutlich zu.

◦ Auf dem Markt-verkaufte geglühte Titanstäbe werden nach diesem Verfahren hergestellt. der gängige Lieferzustand für Schiffsschweißgrundstoffe.

Kernpunkt: Alle Wärmebehandlungen von Titanstäben müssen in einer Vakuumumgebung erfolgen; Durch Lufterwärmung entsteht eine oberflächliche, spröde Sauerstoffschicht, die durch Schleifen entfernt werden muss.

Mechanischer Spannungsabbau (Hilfsmittel, kann Wärmebehandlung nicht ersetzen)

1. Richten (Druckrichten / Rollrichten)

Biegung durch mechanische Kraft korrigieren; kann nur die Form korrigieren, interne Restspannungen nicht beseitigen und sogar Spannungen hinzufügen. Viele Lieferanten behaupten, dass die Stäbe nach dem Richten gerade aussehen, aber die Bearbeitung mit der Schneidemaschine führt dazu, dass sie sich später verbiegen, was die eigentliche Ursache ist.

Wird nur zur Formkorrektur verwendet, nicht als Entspannungsmethode.

2. Vibrationsalterung VSR (Vibration Stress Relief)

In geringem Umfang auf Titanlegierungen anwendbar; Anwenden von Resonanzschwingungen auf das Werkstück, um eine gewisse Restspannung abzubauen.

• Einschränkungen: Diese Methode wird in der Titanstangenindustrie selten in großem Maßstab eingesetzt; die Spannungsabbaurate ist nicht so gut wie beim Vakuumglühen; Bei kalt-verarbeiteten Titanstäben mit hoher Eigenspannung ist der Effekt begrenzt; Bei Marine- und Schiffbauprojekten von DNV/NORSOK wird Vibrationsalterung im Allgemeinen nicht als Ersatz für Spannungsarmglühen anerkannt.

Zusammenfassung: Die einzigen zuverlässigen und von der Schiffbaugesellschaft-zugelassenen Methoden zum Spannungsabbau für Titanstäbe sind: Vakuumwärmebehandlung (Spannungsarmglühen/Vollglühen); Mechanisches Richten, Vibrationsalterung kann nur unterstützend sein.
 

Szenarien, in denen ein Spannungsabbau/Glühen durchgeführt werden muss

1. Titanstäbe nach der Kaltbearbeitung (Kaltziehen, Kaltwalzen, umfangreiches Schleifen)

Bei der Kaltbearbeitung kommt es zu einer hohen Eigenspannung. Nach dem Schneiden und Schneiden kommt es zum Biegen; Nach der Bearbeitung und dem Drehen durch den Kunden verformen sich die Teile.

Exporteure stoßen oft auf Probleme: Zulieferer führen nur das Richten, aber kein Glühen durch, und die Stäbe sehen beim Versand gerade aus, verbiegen sich aber nach dem Schneiden.

2. Grundmaterialien zum Schweißen (Marine, Schiffbauprojekte, KE Innovasjon AS usw., norwegischer Schiffsbau)

• Grundmaterialien mit hoher-Restspannung-; Schweißen erhöht die Schweißspannung und erhöht das Risiko von Kaltrissen und Verformungen;
• DNV- und NORSOK-Marine-Drucklagerkomponenten erfordern eindeutig einen geglühten Lieferzustand (Vakuum-Spannungsarmglühen);
• Kaltverarbeitete Titanstäbe ohne Spannungsentlastung dürfen nicht direkt in drucktragenden Schweißbauteilen verwendet werden.

3. Nachträgliche Bearbeitung mit großem Aufmaß (Drehen, Fräsen, Tiefschneiden)

Restspannung im Inneren der Stange, nachdem das Oberflächenmaterial entfernt wurde, gleicht sich die Spannung wieder aus und das Teil verzieht sich oder weist Größenabweichungen auf. Hochpräzise Wellen und Flanschrohlinge müssen spannungsarm geglüht werden.

4. Teile, die eine langfristige Dimensionsstabilität erfordern

Fertige Stäbe/Teile müssen lange gelagert und verwendet werden und dürfen keine natürliche Verformung erfahren. Zum Beispiel Schiffsverbindungsteile, Geräteschächte. Ohne Spannungsentlastung verbiegen sich die Stäbe nach mehrmonatiger Lagerung langsam.

5. Geschmiedete Stangen aus TC4 Gr5-Titanlegierung

Nach dem Schmieden ist die Eigenspannung hoch. Wenn kein Vakuumglühen durchgeführt wird, ist die nachfolgende Verarbeitung anfällig für Verformungen.
Betrachten Sie das Szenario eines Spannungsabbaus bei niedriger-Temperatur (ohne vollständiges Rekristallisationsglühen).
Der Kunde möchte eine hohe Härte und Festigkeit beibehalten und gleichzeitig Spannungen vermeiden:

Beispielsweise möchten einige federnde Teile und verschleißfeste Teile nicht, dass das Material weich wird. Daher wählen sie eine Vakuumspannungsentlastung bei niedriger-Temperatur (500 -580 Grad) ohne vollständiges Hochtemperaturglühen.

Hinweis: Die Verbesserung der Plastizität ist begrenzt; Müssen nachträglich drucktragende Bauteile geschweißt werden, sollte der vollständigen Rekristallisationsglühung Vorrang eingeräumt werden.
 

1. Warm-gewalzte, warm-geschmiedete Titanstäbe, die im Warmverfahren hergestellt werden, haben bereits eine hohe Temperatur und die Eigenspannung ist bereits sehr gering; Eine anschließende Kaltbearbeitung, keine weitere Tiefenbearbeitung und kein Schweißen von drucktragenden Bauteilen ist möglich, und es ist keine zusätzliche Spannungsentlastung erforderlich.

2. Einfaches Schneiden mit geringem Aufmaß, keine Bearbeitung, kein Schweißen und geringe Anforderungen an die Maßgenauigkeit.
 

Es wird nur mechanisches Richten ohne Vakuumglühen durchgeführt, das Erscheinungsbild ist gerade, aber die innere Spannung ist immer noch sehr hoch, und die Akzeptanz von Schiffsprojekten in Übersee wird Probleme haben, NORSOK/DNV wird dies nicht akzeptieren.

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