Titaanilämmitinputkien valmistuksessa kylmäveto vähentää poikkileikkausalaa tietyllä prosentilla ennen lopullista hehkutusta. Kylmätyötaso määrittää uudelleenkiteytymisen käyttövoiman hehkutuksen aikana. Alhainen 5 % kylmätyöstö tuottaa suuria uudelleenkiteytettyjä rakeita ASTM 4–5 (halkaisija 80–120 µm). Korkea 20 % kylmätyöstö tuottaa hienoja uudelleenkiteytyneitä rakeita, joiden ASTM 8–10 (halkaisija 11–22 µm). Ilmassa 300 asteen lämpötilassa hienorakeinen materiaali kestää 3–5 kertaa paremmin lämpöväsymishalkeilua, koska pienemmät rakeet tarjoavat enemmän raeraja-aluetta syklisen lämpöjännityksen ja halkeamien leviämisen estämiseksi.

Raekoon vaikutuksen mekanismi lämpöväsymiskestävyyteen

Lämpökierron aikana 300 asteessa titaaniputki laajenee ja supistuu. Jaksottainen rasitus otetaan huomioon liukumalla ja raeraajan liukumalla. Hienorakeisella-materiaalilla on enemmän raerajoja tilavuusyksikköä kohti, mikä mahdollistaa jännityksen jakautumisen tasaisemmin. Halkeamien alkaminen tapahtuu liukuvyöhykkeillä ja rakeiden rajoilla; hienommat rakeet vähentävät liukumispituutta ja jännityspitoisuutta raerajoilla. Väsymishalkeamien kasvunopeus seuraa da/dN ∝ d^0,5, missä d on raekoko. Raehalkaisijan puolittaminen vähentää halkeaman kasvua 30 %. Lisäksi hienojakoiset rakeet muodostavat enemmän esteitä halkeamien etenemiselle ja pakottavat halkeamat muuttamaan suuntaa ja haihduttamaan energiaa.

Kvantitatiivinen uudelleenkiteytetty raekoko kylmätyön funktiona

Grade 2 titaaniputkien kontrolloitu hehkutus 700 asteessa 30 minuutin ajan eri kylmätyöstötasojen jälkeen on luonut seuraavat uudelleenkiteytetyt raekoot. 5 % kylmätyössä uudelleenkiteytetty raekoko on ASTM 3–5 (halkaisija 50–125 µm) ja kovuus hehkutuksen jälkeen 160–180 HV. 10 % kylmätyössä raekoko on ASTM 5–7 (32–64 µm) ja kovuus 170–190 HV. 15 % kylmätyössä raekoko on ASTM 7–8 (22–45 µm) ja kovuus 180–200 HV. 20 % kylmätyössä raekoko on ASTM 8–9 (16–32 µm) ja kovuus 190–210 HV. 30 % kylmätyössä raekoko on ASTM 9–10 (11–22 µm) ja kovuus 200–220 HV. 40 % kylmätyössä raekoko on ASTM 10–11 (8–16 µm) ja kovuus 210–230 HV.

Lämpöväsymisikä 300 asteessa raekoon funktiona

Syklinen testaus ilmassa 300 asteessa lämpötilanvaihtelulla 250 astetta (50 asteesta 300 asteeseen) 10 000 syklin aikana on määrittänyt seuraavat lämpöväsymishalkeamien syvyydet luokan 2 titaanille. ASTM-raekoon 3–5 (5 % kylmätyö) halkeaman syvyys 10 000 jakson jälkeen on 150–300 µm ja 1 mm:n halkeaman väsymisikä on 30 000–50 000 sykliä. ASTM-raekoon 5–7 (10 % kylmätyö) halkeaman syvyys on 80–150 µm ja käyttöikä 1 mm:iin asti 60 000–100 000 sykliä. ASTM-raekoon 7–8 (15 % kylmätyö) halkeaman syvyys on 40–80 µm ja käyttöikä 1 mm:iin asti 120 000–200 000 sykliä. ASTM-raekoon 8–9 (kylmätyöstö 20 %) halkeaman syvyys on 20–40 µm ja käyttöikä 1 mm:iin on 250 000–400 000 sykliä. ASTM-raekoon 9–10 (30 % kylmätyö) halkeaman syvyys on 10–20 µm ja käyttöikä 1 mm:iin ylittää 500 000 sykliä.

Kylmätyön ja viljan koon valintaopas 300 asteen lentoliikenteeseen

Seuraavassa taulukossa on suosituksia aikaisemmasta kylmätyöstötasosta ja tuloksena olevasta raekoosta titaanilämmitinputkille, jotka on tarkoitettu huollettavaksi ilmassa 300 asteessa, odotettujen lämpöjaksojen ja halutun väsymisiän perusteella.

Tekniikkaa kylmätyön hallinnan lisäksi

Titaanilaatu vaikuttaa uudelleenkiteytyskäyttäytymiseen. Grade 7 uudelleenkiteytyy palladiumin vuoksi hieman korkeammassa lämpötilassa kuin Grade 2, mutta lopullinen raekoko tietyllä kylmätyöstötasolla on samanlainen. Grade 5 (Ti-6Al-4V) ei täysin uudelleenkiteydy näissä olosuhteissa. Seinämän paksuus ei vaikuta suoraan raekokoon, mutta vaikuttaa halkeaman etenemisaikaan; 2,0 mm seinässä, jossa on 20 µm halkeama, on jäljellä 98 % seinämästä. Hehkutuslämpötila ja -aika vaikuttavat myös raekokoon; korkeammat lämpötilat tai pidempään karkenevat jyvät. Parhaan lämpöväsymiskestävyyden saavuttamiseksi kylmätyöstö yli 20 % on edullista, mutta liiallinen kylmätyöstö (yli 40 %) voi aiheuttaa halkeilua vedon aikana.

Tietoisen määrittelyn tekeminen

Ilmassa 300 asteen lämpötilassa ja merkittävällä lämpökierrolla toimivalle titaanilämmitinputkelle on määritettävä 20–30 %:n kylmätyöstötaso ennen lopullista hehkutusta. Edellyttää lopullista uudelleenkiteytettyä raekokoa ASTM 8 tai hienompaa. Sovelluksissa, joissa odotettavissa oleva sykli on alle 60 000, 10–15 % kylmätyö on hyväksyttävää. Vakavassa pyöräilyssä (päivittäinen aloitus{11}}pysähdys 10 vuoden ajan, noin 3 650 sykliä) ASTM 5:n ja ASTM 8:n välinen ero on mitätön, ja tavallinen kylmätyö riittää. Kriittisissä sovelluksissa, joissa on nopea lämpökierto (useita syklejä päivässä), määritä 30 % kylmätyöstö ja ASTM-raekoko 9 tai hienompi. Säätämällä kylmätyön tasoa ennen hehkutusta, insinööri räätälöi raekoon saavuttaakseen vaaditun lämpöväsymiskestävyyden 300 asteessa.,