Developing heat treatment procedures for titanium alloys
- Reference number
- SM12-0036
- Start and end dates
- 130401-150401
- Amount granted
- 836 209 SEK
- Administrative organization
- Luleå University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The aim of this project is to understand how the so-called alpha-phase on titanium alloys grows during heat treatment depending on time and temperature. The first objective is to create a generic model of explanation of this phenomenon and the kinetics involved. The second objective is to explain why local pitting (corrosion) develops on the surface of some titanium alloys after etching in certain acids. The research will be divided in several parts and will start with a literature study about oxidation and pitting. After that an investigation will be performed to completely understand the heat treatment processes and etching steps performed today in the production. For example the environment in the furnaces during heat treatment will be studied. The chemical compositions, and possible variations of the composition over time will be investigated in order to find the relationship between the number of heat treatments/etching steps and the risk for pitting. If the results from this research show possible reductions of, or complete avoidance of, oxidation and alpha-case during heat treatment, for example by better evacuation systems of the furnaces, the number of production steps could be reduced. This would be economically favourable and environmentally positive. The problem of pitting on titanium details would be reduced by reduced number of etching steps.
Popular science description
Volvo Aero Corporation utvecklar och tillverkar komponenter av titan med olika sammansättning till flygmotorer. De flesta komponenter måste passera ett eller flera värmebehandlingssteg under tillverkningen. Titan är en metall som reagerar kraftigt med syre, särskilt när temperaturen är förhöjd som under en värmebehandling. När titan reagerar med syre bildas ett oxidskikt på ytan och under ytan finns ett hårt och sprött syrerikt område, som kallas alfa-case. Detta hårda, spröda område är skadligt för den slutliga komponenten, för en spricka kan bildas snabbt i en sådan yta och minska livslängden på titankomponenten i drift. Volvo Aero värmebehandlar alltid i vakuum eller i en skyddsgas för att undvika att det bilas någon form av oxidation. I praktiken har det visat sig vara väldigt svårt att helt undvika alfa-case. Därför måste man för säkerhets skull ta bort all eventuell oxidation innan produkten är färdig. Det görs idag med kemikalier genom att detaljen doppas ner i ett bad av en syrablandning som kemiskt avverkar ytan, en process som kallas "betning". Syrabadets sammansättning och tiden som detaljen befinner sig där avgör hur mycket av titandetaljens yta som avverkas. Ibland uppstår en lokal icke önskvärd korrosion på ytan, en korrosion som kallas punktfrätning och som ser ut som små gropar i ytan vilka kan orsaka sprickor. De detaljer som får dessa gropar måste i sämsta fall kasseras. Ett extra steg där detaljerna doppas ner i ett syrabad är både dyrt och skadligt för miljön. Det leder till ökad produktionstid samt ökad användning av skadliga kemikalier. Detta projekt går ut på att först och främst utforma värmebehandlingsstegen i produktionen så att man inte ska behöva använda de giftiga kemikalierna efteråt för att ta bort oxidation, utan produkterna ska vara helt fria från oxidskikt efter värmebehandlingen. Hur värmebehandlingen ska utformas, vilket vakuum eller skyddsgas som behövs för att helt undvika oxidation av komponenterna är frågor som projektet ska besvara. Varför punktfrätning uppstår i titan är också en viktig del av projektet. Det är viktigt att kunna förklara varför dessa gropar uppstår och varför de endast uppstår i vissa fall. Denna typ av korrosion i titan är ett område där inte mycket forskning gjorts de senaste 30 åren.