Tehnologija termomehaničke obrade za -legure titana

-legure titana postale su jedno od žarišta istraživanja u materijalima od legura titana zbog svoje izvrsne obradivosti na toplo i hladno, podesivih mehaničkih svojstava i stabilnosti u širokom temperaturnom rasponu. Kombinirana plastična deformacija s toplinskom obradom, termomehanička obrada (TMP) može učinkovito optimizirati mikrostrukturu -legura titana i postići preciznu regulaciju mehaničkih svojstava. Može pružiti ključnu tehničku podršku za visoke{4}}primjene -titanovih legura.

 

 

Analiza svojstava legura beta titana

 

 

Srž leži u sinergijskom učinku "mikrostrukturne evolucije-inducirane deformacijom" i "faza-kontroliranog taloženja toplinskom obradom", koji precizno regulira ponašanje kristalnih defekata tijekom deformacije i proces fazne transformacije/taloženja tijekom toplinske obrade kako bi se optimizirala mikrostruktura i svojstva materijala.

 

1.1Deformacijom-inducirano obogaćivanje kristalnih defekata i pročišćavanje zrna

Plastična deformacija stvara veliki broj dislokacija u -titanijevim legurama. S povećanjem količine deformacije, klizanje dislokacija i zapetljanja tvore substrukture, koje se dalje pročišćavaju u podzrna s jednakom osi ili rekristalizirana zrna kroz dinamičko obnavljanje/rekristalizaciju. Fina zrna mogu poboljšati čvrstoću jačanjem granica zrna i smanjiti koncentraciju naprezanja kako bi se povećala žilavost (učinak ojačanja finih-zrna). Temperatura deformacije određuje morfologiju mikrostrukture: deformacija u -faznom području ima tendenciju dobivanja ujednačenih i finih zrna, dok deformacija u + dual-faznom području tvori složenu rafiniranu dvo-faznu strukturu.

 

1.2Sinergijska regulacija faza transformacije i taloženja

Kontrolom brzine hlađenja i procesa starenja, regulira se transformacija -faze u -fazu i ω-fazu:

-faza je glavna faza jačanja. Kristalni defekti uvedeni deformacijom osiguravaju mjesta za nukleaciju, omogućujući mu da se taloži u raspršenom i finom obliku, što ometa kretanje dislokacija kako bi se postiglo jačanje taloženja. Starenje na niskim-temperaturama formira igličastu/lamelarnu -fazu, dok starenje na-visokim temperaturama formira sferičnu -fazu (balansiranje čvrstoće i žilavosti).

Iako ω-faza značajno poboljšava čvrstoću, ona naglo smanjuje žilavost, pa ju je potrebno izbjegavati ili inhibirati kontrolom brzine hlađenja i sastava legure.

 

1.3Relaksacija naprezanja i optimizacija mikrostrukturne stabilnosti

Proces zagrijavanja toplinske obrade potiče atomsku difuziju, ostvarujući anihilaciju dislokacija i uklanjanje zaostalog naprezanja, čime se izbjegava deformacija i pucanje tijekom naknadne obrade/servisa. Stabilizira strukturu sitnih-zrna -izazvanih deformacijama, poboljšava njenu toplinsku stabilnost i sprječava rast zrna u radu na visokim-temperaturama. Ovaj učinak omogućuje obradu materijala, stabilnost dimenzija i životni vijek, što ga čini prikladnim za visoke-temperature i visoke-napregnute radne uvjete kao što je zrakoplovstvo.

 

 

2.1 Rute temeljnog procesa

Deformacija u -faznom području + starenje: Zagrijte do -faznog područja (50-150 stupnjeva iznad -transus temperature), deformirajte, zatim brzo ohladite na sobnu temperaturu i provedite tretman starenja. Ovim se postupkom dobivaju jednoliko pročišćena zrna i raspršene -faze, te je prikladan za strukturne komponente visoke-čvrstoće i visoke žilavosti.

Deformacija u + dual-faznom području + starenje: Zagrijte do + dual{4}}faznog područja (između -transus temperature i sobne temperature), deformirajte da biste pročistili strukturu kroz dual-fazno sučelje i starite nakon hlađenja. Ima visoku čvrstoću i izvrsne performanse na zamor, te je prikladan za-komponente opterećene zamorom kao što su lopatice zrakoplovnog motora.

Za legure s posebnim zahtjevima mogu se usvojiti kompozitni procesi kao -starenje u stupnju deformacije i izotermna termomehanička obrada kako bi se optimizirala učinkovitost.

 

2.2 Ključna kontrola parametara procesa

1. Temperatura deformacije (GlavniParametar)

-fazno područje: kontrolirano na -transus +50 stupnju ~ -transus +100 stupnju kako bi se osigurala dinamička rekristalizacija i pročišćavanje zrna;

+ dual{1}}fazno područje: -transus -50 stupnjeva ~ -transus -100 stupnjeva, zadržavanje 10%-30% -faze za pročišćavanje strukture kroz dvofaznu sinergiju;

Ključna točka: Pretjerano visoka temperatura dovodi do krupljenja zrna, dok pretjerano niska temperatura povećava otpornost na deformaciju i uzrokuje pucanje.

 

2. Količina i brzina deformacije

Količina deformacije: 30%-70%. Pretjerano velika deformacija sklona je pucanju, dok je pretjerano malom deformacijom teško oplemeniti strukturu;

Stopa deformacije: Srednja-mala brzina (0,1-10 s⁻¹) kako bi se izbjegao rast zrna uzrokovan adijabatskim zagrijavanjem; za legure koje je teško{3}}deformirati, brzina se može smanjiti ili se može usvojiti postupna deformacija.

3. Brzina hlađenja i parametri starenja

 

Hlađenje: Brzo hlađenje (hlađenje vodom/hlađenje uljem) kako bi se dobila prezasićena čvrsta otopina, postavljajući temelje za jačanje starenjem; pretjerano sporo hlađenje će smanjiti snagu;

Starenje: Niska temperatura (350-450 stupnjeva, 1-4h) stvara fine igličaste -faze sa značajnim učinkom jačanja; srednja-visoka temperatura (450-600 stupnjeva, 4-8h) dobiva sferične/kratke štapićaste faze, balansirajući snagu i žilavost; hlađenje zrakom nakon starenja dovoljno je da se izbjegne zaostalo naprezanje.

 

 

 

Detaljan fazni dijagram faznog sastava legure titana u odnosu na koncentraciju -stabilizirajućih elemenata i temperaturu

 

 

Dimenzija usporedbe	Visoko{0}}stabilne -legure titana	Srednje{0}}stabilne -legure titana	Nisko{0}}stabilne -legure titana
Reprezentativne legure	Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, Ti-10V-2Fe-3Al	Ti-6Al-4V ELI, Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr	Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-2Al-1,5Mn
Osnovne karakteristike	Visok sadržaj -stabilizirajućih elemenata, održava stabilnu -fazu na sobnoj temperaturi, a -fazu je teško istaložiti	Umjeren sadržaj -stabilizirajućih elemenata, koji imaju i dobru deformabilnost i aktivnost fazne transformacije, najčešće korišteni	Nizak sadržaj -stabilizirajućih elemenata, loša -fazna stabilnost i sklonost → faznoj transformaciji na sobnoj temperaturi
Mehanizam odgovora na TMP	Deformacijom u -faznom području postiže se dinamička rekristalizacija (fina zrna), a starenje na 500-650 stupnjeva taloži malu količinu dispergiranih -faza i TiAl spojeva, uz sinergističko jačanje "deformacije + starenja"	Deformacija u + dual{1}}faznom području drobi -faze i obogaćuje -fazne dislokacije; nakon brzog hlađenja + starenja, veliki broj dispergiranih igličastih/lamelarnih -faza se taloži, uz sinergističko fino{6}}ojačanje zrna i taloženje	Defekti kristala uvedeni deformacijom ubrzavaju faznu transformaciju, a veliki broj -faza može se istaložiti hlađenjem zrakom bez dodatnog tretmana starenjem