Tratarea termică a titanului și aliajelor de titan (1)
Tratamentul termic este un proces prin care încălzirea și răcirea controlată a metalelor se realizează în condiții de mediu foarte precise pentru a modifica caracteristicile fizice sau mecanice ale metalului fără a modifica forma produsului. Dacă tratamentul termic nu este efectuat corect, metalul poate să nu atingă proprietățile dorite necesare pentru a îndeplini specificațiile de proiectare ale inginerilor.
Tratamentul termic este asociat în mod obișnuit cu creșterea rezistenței materialului, dar este, de asemenea, frecvent utilizat pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea, a îmbunătăți formabilitatea, a crește ductilitatea sau a crește rezistența la coroziune. Prin urmare, este un proces critic care asigură atingerea caracteristicilor specificate ale metalului.
Avantajele tratamentului termic cu aliaje de titan:
Reducerea tensiunilor reziduale dezvoltate în timpul fabricării (reducerea tensiunilor)
Produceți o combinație optimă de ductilitate, prelucrabilitate și stabilitate dimensională și structurală (recoace)
Creșterea rezistenței (tratarea soluției și îmbătrânirea)
Optimizați proprietățile speciale, cum ar fi rezistența la rupere, rezistența la oboseală și rezistența la fluaj la temperatură înaltă
Eliberarea stresului de titan
Titanul și aliajele de titan pot fi eliberate de stres fără a afecta negativ rezistența sau ductilitatea.
Tratamentele de reducere a tensiunilor scad tensiunile reziduale nedorite care rezultă din prima, forjarea la cald neuniformă sau deformarea prin formarea și îndreptarea la rece, în al doilea rând, prelucrarea asimetrică a plăcilor sau a pieselor forjate și, în al treilea rând, sudarea și răcirea pieselor turnate. Îndepărtarea acestor tensiuni ajută la menținerea stabilității formei și elimină condițiile nefavorabile, cum ar fi pierderea limitei de curgere la compresiune cunoscută în mod obișnuit sub numele de efect Bauschinger.
Eliberarea stresului este probabil cel mai comun tratament termic dat titanului și aliajelor de titan. Este utilizat pentru a reduce tensiunile reziduale nedorite care rezultă din deformarea neuniformă prin forjare la cald, formarea și îndreptarea neuniformă la rece, prelucrarea asimetrică a plăcilor (hogouts) sau forjate, sudarea pieselor forjate, turnate sau din metalurgia pulberilor (P/M) și răcirea pieselor turnate.
Eliberarea tensiunii ajută la menținerea stabilității formei și, de asemenea, poate elimina condițiile nefavorabile, cum ar fi pierderea limitei de curgere la compresiune - efectul Bauschinger - care poate fi deosebit de gravă în aliajele de titan. Reducerea stresului poate fi efectuată fără a afecta negativ rezistența sau ductilitatea.
Recoacerea
Recoacerea titanului și aliajelor de titan servește în primul rând la creșterea tenacității la rupere, a ductilității la temperatura camerei, a stabilității dimensionale și termice și a rezistenței la fluaj. Multe aliaje de titan sunt puse în funcțiune în stare recoaptă. Deoarece îmbunătățirea uneia sau mai multor proprietăți este în general obținută în detrimentul unei alte proprietăți, ciclul de recoacere ar trebui să fie selectat în funcție de obiectivul tratamentului.
Tratamentele comune de recoacere sunt:
Recoacere la moara este un tratament de uz general dat tuturor produselor de moara. Nu este o recoacere completă și poate lăsa urme de lucru la rece sau la cald în microstructurile produselor intens prelucrate, în special din foi.
Recoacere duplex modifică formele, dimensiunile și distribuțiile fazelor la cele necesare pentru o rezistență îmbunătățită la fluaj sau duritate la rupere. În recoacere duplex a aliajului Corona 5, de exemplu, prima recoacere este în apropierea transusului pentru a globuliza deformatul și pentru a minimiza fracția de volum a acestuia. Aceasta este urmată de oa doua recoacere, la temperatură mai scăzută, pentru a precipita noi lenticulare (aciculare) între particulele globulare. Această formare a aciculară este asociată cu îmbunătățiri ale rezistenței la fluaj și rezistenței la rupere.
Recoacere și recoacere prin recristalizare sunt utilizate pentru a îmbunătăți tenacitatea la fractură. În recoacere prin recristalizare, aliajul este încălzit în capătul superior al intervalului -, ținut pentru un timp și apoi răcit foarte lent. În ultimii ani, recoacerea prin recristalizare a înlocuit recoacerea pentru componentele aeronavei critice la fractură.
(Beta) Recoacere. La fel ca recoacerea prin recristalizare, recoacerea îmbunătățește duritatea la fractură. Recoacerea beta se face la temperaturi peste transusul aliajului care se recoace. Pentru a preveni creșterea excesivă a boabelor, temperatura pentru recoacere ar trebui să fie doar puțin mai mare decât transusul. Timpii de recoacere depind de grosimea secțiunii și ar trebui să fie suficienți pentru transformarea completă. Timpul la temperatură după transformare trebuie menținut la minimum pentru a controla creșterea cerealelor. Secțiunile mai mari ar trebui răcite cu ventilator sau stinse cu apă pentru a preveni formarea unei faze la limitele de cereale.
Soluție de tratare și îmbătrânire
O gamă largă de niveluri de rezistență poate fi obținută în - sau aliaje prin tratarea cu soluție și îmbătrânire. Cu excepția aliajului unic Ti-2.5Cu, originea răspunsurilor la tratarea termică a aliajelor de titan constă în instabilitatea fazei de temperatură ridicată la temperaturi mai scăzute.
Încălzirea unui aliaj la temperatura de tratare a soluției produce un raport mai mare de fază. Această împărțire a fazelor este menținută prin stingere; la îmbătrânirea ulterioară are loc descompunerea fazei instabile, oferind rezistență ridicată. Aliajele comerciale sunt furnizate în general în stare tratată cu soluție și trebuie doar să fie îmbătrânite. Tratarea prin soluție a aliajelor de titan implică în general încălzirea la temperaturi fie ușor peste, fie puțin sub temperatura transus.
Aliajele (beta) sunt obținute în mod normal de la producători în stare tratată cu soluție. Dacă este necesară reîncălzirea, timpii de înmuiere ar trebui să fie atât de lungi cât este necesar pentru a obține o soluție completă. Temperaturile de tratare a soluției pentru aliaje sunt peste transus; deoarece nu este prezentă a doua fază, creșterea boabelor poate avea loc rapid.
- Aliaje (alfa-beta). Alegerea unei temperaturi de tratare a soluției pentru aliaje se bazează pe combinația de proprietăți mecanice dorite după îmbătrânire. O modificare a temperaturii de tratare a soluției a aliajelor - modifică cantitățile de fază și, în consecință, modifică răspunsul la îmbătrânire.
Pentru a obține o rezistență ridicată cu o ductilitate adecvată, este necesar să se trateze cu soluție la o temperatură ridicată în câmp, în mod normal 25 până la 85 de grade (50 până la 150 de grade F) sub transusul aliajului. Dacă este necesară o rezistență ridicată la rupere sau o rezistență îmbunătățită la coroziune prin tensiune, poate fi de dorit o recoacere sau tratarea cu soluție. Cu toate acestea, tratarea termică - aliaje din gamă provoacă o pierdere semnificativă a ductilității. Aceste aliaje sunt de obicei tratate termic prin soluție sub transus pentru a obține un echilibru optim al proprietăților de ductilitate, duritate la rupere, fluaj și rupere prin efort.
stingere
Dacă aliajele sunt răcite rapid prin stingerea apei din toată regiunea beta, tendința de formare a fazei alfa este suprimată, iar faza beta este reținută. Anumite compoziții de aliaje, totuși, prezintă o transformare deosebită la călire. Acest mecanism de transformare martensitică sau de forfecare nu este complet înțeles. Formarea acestei structuri, așa-numitul prim alfa, provoacă o oarecare distorsiune a rețelei. Această distorsiune și întinderea rezultată produc un material, care este dur și dur și posedă proprietăți la oboseală mai bune decât alfa. Acest proces de călire este, de asemenea, punctul inițial pentru călire.
temperare
Când titanul este stins de la o temperatură ridicată, reîncălzit la o temperatură sub beta transus, menținut pentru o perioadă de timp și din nou stins, se spune că a fost temperat. În temperare există trei variabile: fazele prezente, timpul menținut și temperatura de revenire.
Atunci când structura inițială conține alfa prim, apar două modificări: alfa prim se transformă în alfa și, în perioade mai lungi, alfa devine zimțat. Rezultatul este o pierdere a durității și rezistenței și o creștere a ductilității și a impactului. Structurile alfa-beta, cu toate acestea, nu urmează acest model. Alfa rămâne în primul rând neschimbat; beta se descompune pentru a forma mai mult alfa în detrimentul fazei beta. La temperaturi scăzute se va forma mai mult alfa; astfel, temperaturile scăzute de revenire au ca rezultat o scădere mai mare a rezistenței și durității și o creștere mai mare a ductilității decât revenirea la temperatură ridicată pe intervale de timp identice.
Transformare izotermă
La stingerea la cald a unui aliaj din toată regiunea beta la temperaturi din câmpul alfa-beta și menținerea pentru o perioadă de timp și apoi stingerea suplimentară la temperatura camerei, materialul este transformat izotermic. Tratamentul în acest mod provoacă precipitarea fazei alfa din beta. La temperaturi ridicate, alfa precipită mai întâi la granițele granulelor și mai târziu în interiorul boabelor beta în sine.
Acest tratament, când se menține la temperaturi chiar sub temperatura de transformare, la început dă un material foarte dur datorită formării beta primului. Dacă timpul de menținere este prelungit, duritatea și rezistența scad cu o creștere însoțitoare a ductilității și tenacității. La temperaturi mai scăzute are loc o creștere treptată a durității și fragilității, iar la perioade prelungite se poate obține o duritate mai mare decât prin tratamente de scurtă durată la temperatură ridicată.
(De continuat)
