Tepelné spracovanie titánu a titánových zliatin (1）
Tepelné spracovanie je proces, pri ktorom sa riadený ohrev a ochladzovanie kovov vykonáva za veľmi presných podmienok prostredia, aby sa zmenili fyzikálne alebo mechanické vlastnosti kovu bez zmeny tvaru produktu. Ak sa tepelné spracovanie nevykoná správne, kov nemusí dosiahnuť požadované vlastnosti potrebné na splnenie špecifikácie návrhu inžinierov.
Tepelné spracovanie je zvyčajne spojené so zvyšovaním pevnosti materiálu, ale často sa používa aj na zlepšenie opracovateľnosti, zlepšenie tvárnosti, zvýšenie ťažnosti alebo zvýšenie odolnosti proti korózii. Preto je to kritický proces, ktorý zabezpečuje dosiahnutie špecifikovaných vlastností kovu.
Výhody tepelného spracovania titánových zliatin:
Znížte zvyškové napätia vznikajúce počas výroby (uvoľnenie napätia)
Vytvorte optimálnu kombináciu ťažnosti, opracovateľnosti a rozmerovej a štrukturálnej stability (žíhanie)
Zvýšte silu (ošetrenie roztokom a starnutie)
Optimalizujte špeciálne vlastnosti, ako je lomová húževnatosť, únavová pevnosť a pevnosť pri tečení pri vysokých teplotách
Uvoľnenie stresu titánom
Titán a zliatiny titánu môžu byť zbavené pnutia bez nepriaznivého ovplyvnenia pevnosti alebo ťažnosti.
Úpravy na uvoľnenie napätia znižujú nežiaduce zvyškové napätia, ktoré sú výsledkom po prvé, nerovnomerného kovania za tepla alebo deformácie z tvárnenia za studena a vyrovnávania, po druhé, asymetrického obrábania plechu alebo výkovkov a po tretie zváranie a chladenie odliatkov. Odstránenie takýchto napätí pomáha udržiavať tvarovú stálosť a odstraňuje nepriaznivé podmienky, ako je strata medze klzu v tlaku bežne známa ako Bauschingerov efekt.
Uvoľnenie napätia je pravdepodobne najbežnejším tepelným spracovaním titánu a titánových zliatin. Používa sa na zníženie nežiaducich zvyškových napätí, ktoré sú výsledkom nerovnomernej deformácie kovania za tepla, nerovnomerného tvárnenia za studena a rovnania, asymetrického obrábania plechu (hogout) alebo výkovkov, zvárania dielov tvárnenej, liatej alebo práškovej metalurgie (P/M) a chladenie odliatkov.
Uvoľnenie napätia pomáha udržiavať tvarovú stálosť a tiež môže eliminovať nepriaznivé podmienky, ako je strata medze klzu v tlaku - Bauschingerov efekt - ktorý môže byť obzvlášť závažný pri zliatinách titánu. Uvoľnenie napätia možno vykonať bez nepriaznivého ovplyvnenia pevnosti alebo ťažnosti.
Žíhanie
Žíhanie titánu a titánových zliatin slúži predovšetkým na zvýšenie lomovej húževnatosti, ťažnosti pri izbovej teplote, rozmerovej a tepelnej stability a odolnosti proti tečeniu. Mnohé zliatiny titánu sa uvádzajú do prevádzky v žíhanom stave. Pretože zlepšenie jednej alebo viacerých vlastností sa vo všeobecnosti dosahuje na úkor nejakej inej vlastnosti, cyklus žíhania by sa mal zvoliť podľa cieľa úpravy.
Bežné postupy žíhania sú:
Mlynské žíhanie je univerzálna úprava pre všetky mlynské produkty. Nejde o úplné žíhanie a môže zanechať stopy opracovania za studena alebo tepla v mikroštruktúrach ťažko opracovaných výrobkov, najmä plechov.
Duplexné žíhanie mení tvary, veľkosti a distribúcie fáz na tie, ktoré sú potrebné na zlepšenie odolnosti proti tečeniu alebo lomovej húževnatosti. Napríklad pri duplexnom žíhaní zliatiny Corona 5 je prvé žíhanie blízko transusu, aby sa globularizovalo deformované a aby sa minimalizoval jeho objemový podiel. Potom nasleduje druhé žíhanie pri nižšej teplote, aby sa medzi guľovitými časticami vyzrážali nové lentikulárne (ajhlicovité). Táto tvorba ihličia je spojená so zlepšením pevnosti pri tečení a lomovej húževnatosti.
Na zlepšenie lomovej húževnatosti sa používa rekryštalizačné žíhanie a žíhanie. Pri rekryštalizačnom žíhaní sa zliatina zahreje na hornú hranicu rozsahu -, určitý čas sa udržuje a potom sa veľmi pomaly ochladí. V posledných rokoch rekryštalizačné žíhanie nahradilo žíhanie komponentov draku lietadla kritických pre lom.
(Beta) Žíhanie. Podobne ako rekryštalizačné žíhanie, aj žíhanie zlepšuje lomovú húževnatosť. Beta žíhanie sa vykonáva pri teplotách nad transusom žíhanej zliatiny. Aby sa zabránilo nadmernému rastu zŕn, teplota na žíhanie by mala byť len o niečo vyššia ako transus. Časy žíhania závisia od hrúbky rezu a mali by byť dostatočné na úplnú transformáciu. Čas pri teplote po transformácii by sa mal udržiavať na minime, aby sa kontroloval rast zŕn. Väčšie časti by sa mali chladiť ventilátorom alebo ochladzovať vodou, aby sa zabránilo tvorbe fázy na hraniciach zŕn.
Riešenie a starnutie
Rozpúšťacím spracovaním a starnutím možno získať široký rozsah úrovní pevnosti v zliatinách alebo zliatinách. S výnimkou jedinečnej zliatiny Ti-2.5Cu spočíva pôvod odoziev tepelného spracovania zliatin titánu v nestabilite vysokoteplotnej fázy pri nižších teplotách.
Zahriatie zliatiny na teplotu spracovania roztoku vedie k vyššiemu pomeru fáz. Toto rozdelenie fáz sa udržiava ochladzovaním; pri následnom starnutí dochádza k rozkladu nestabilnej fázy, ktorá poskytuje vysokú pevnosť. Komerčné zliatiny sa vo všeobecnosti dodávajú v stave ošetrenom roztokom a je potrebné ich nechať vyzrieť. Roztoková úprava titánových zliatin vo všeobecnosti zahŕňa zahrievanie na teploty buď mierne nad alebo mierne pod teplotou transusu.
(Beta) zliatiny sa bežne získavajú od výrobcov v stave ošetrenia roztokom. Ak je potrebný opätovný ohrev, doba namáčania by mala byť len taká dlhá, aby sa dosiahlo úplné rozpustenie. Teploty spracovania v roztoku pre zliatiny sú vyššie ako transus; pretože nie je prítomná žiadna druhá fáza, rast zŕn môže prebiehať rýchlo.
- (alfa-beta) zliatiny. Voľba teploty rozpúšťania pre zliatiny je založená na kombinácii mechanických vlastností požadovaných po starnutí. Zmena teploty rozpúšťania zliatin mení množstvo fázy a následne mení odozvu na starnutie.
Na získanie vysokej pevnosti s primeranou ťažnosťou je potrebné ošetriť roztokom pri vysokej teplote v poli, zvyčajne 25 až 85 stupňov (50 až 150 stupňov F) pod transusom zliatiny. Ak sa vyžaduje vysoká lomová húževnatosť alebo zlepšená odolnosť voči korózii pod napätím, môže byť žiaduce žíhanie alebo roztokové ošetrenie. Tepelné spracovanie - zliatiny v rozsahu však spôsobuje výraznú stratu ťažnosti. Tieto zliatiny sa zvyčajne spracovávajú teplom v roztoku pod transusom, aby sa získala optimálna rovnováha medzi ťažnosťou, lomovou húževnatosťou, tečením a medzou prietrže.
Kalenie
Ak sú zliatiny rýchlo ochladzované vodou kalením z celej beta oblasti, tendencia tvorby alfa fázy je potlačená a beta fáza je zachovaná. Určité zliatinové kompozície však vykazujú zvláštnu transformáciu pri kalení. Tento mechanizmus martenzitickej alebo šmykovej transformácie nie je úplne objasnený. Vytvorenie tejto štruktúry, takzvaného alfa prime, spôsobuje určité skreslenie mriežky. Toto skreslenie a výsledné napätie vytvárajú materiál, ktorý je tvrdý a húževnatý a má lepšie únavové vlastnosti ako alfa. Tento proces kalenia je tiež počiatočným bodom pre temperovanie.
Temperovanie
Keď sa titán ochladí zo zvýšenej teploty, znova sa zahreje na teplotu nižšiu ako beta transus, podrží sa dlhší čas a znova sa ochladí, hovorí sa, že bol temperovaný. Pri temperovaní existujú tri premenné: prítomné fázy, čas zdržania a teplota temperovania.
Keď počiatočná štruktúra obsahuje alfa prime, nastanú dve zmeny: alfa prime sa transformuje na alfa a pri dlhších časoch sa alfa stane zúbkovaným. Výsledkom je strata tvrdosti a pevnosti a zvýšenie ťažnosti a nárazu. Alfa-beta štruktúry však tento vzor nesledujú. Alfa primárne zostáva nezmenená; beta sa rozkladá a vytvára viac alfa na úkor beta fázy. Pri nízkych teplotách sa vytvorí viac alfa; teda nízke popúšťacie teploty majú za následok väčší pokles pevnosti a tvrdosti a väčšie zvýšenie ťažnosti ako popúšťanie pri vysokej teplote v rovnakých časových intervaloch.
Izotermická transformácia
Pri ochladzovaní zliatiny za horúca z celej oblasti beta na teploty v poli alfa-beta a po určitú dobu a následnom ochladzovaní na teplotu miestnosti sa materiál izotermicky transformuje. Ošetrenie týmto spôsobom spôsobuje vyzrážanie fázy alfa z beta. Pri vysokých teplotách sa alfa zráža najskôr na hraniciach zŕn a neskôr v samotných beta zrnách.
Toto spracovanie, keď sa udržiava pri teplotách tesne pod transformačnou teplotou, dáva najprv veľmi tvrdý materiál v dôsledku tvorby beta prime. Ak sa predĺži čas držania, tvrdosť a pevnosť sa zníži so sprievodným zvýšením ťažnosti a húževnatosti. Pri nižších teplotách dochádza k postupnému nárastu tvrdosti a krehkosti a pri dlhšom čase možno dosiahnuť vyššiu tvrdosť ako pri krátkodobom vysokoteplotnom spracovaní.
(pokračovanie)
