Hoppa till innehåll
EN In english

Utveckling av värmebehandlingsprocesser för titanlegeringar

Diarienummer
SM12-0036
Start- och slutdatum
130401-150401
Beviljat belopp
836 209 kr
Förvaltande organisation
Luleå University of Technology
Forskningsområde
Materialvetenskap och materialteknologier

Summary

Målet med detta projekt är att förstå hur alpha-case på titanlegeringar tillväxer vid värmebehandling beroende på tid och temperatur och miljö och baserat på dessa resultat ta fram en gemensam övergripande förklaringsmodell för fenomenet och dess kinetik. Vidare kommer orsaken till varför lokal punktfrätning sker efter en viss tid i betbad hos vissa titandetaljer att utrönas. Forskningsarbetet kommer att vara uppdelat i flera delar och kommer starta med en litteraturstudie om oxidation och punktfrätning/punktkorrosion. Därefter kommer en kartläggning av hur värmebehandlingsprocesserna och betningen utförs idag att ske. Bland annat kommer den verkliga miljön i ugnarna under värmebehandlingsprocesserna undersökas. För betningsprocessen så kommer den kemiska sammansättningen och variationer av denna att kartläggas, samt även hur ingående detaljers beskaffenhet ser ut över tiden, för att undersöka eventuella samband mellan antal värmebehandlingar/betningar för risken för punktfrätning. Om resultaten från detta forskningsarbete visar på möjligheten att reducera/helt kunna undvika att få oxidation och alpha-case under värmebehandlingen av titandetaljer, tex genom förbättrade evakueringssystem till ugnarna, skulle det innebära att antalet betningsoperationer för titandetaljerna kan reduceras vilket vore både ekonomiskt och miljömässigt fördelaktigt. Vidare skulle minskat antal bet-operationer även direkt innebära mindre problem med gropfrätning.

Populärvetenskaplig beskrivning

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.