Titán és titánötvözetek hőkezelése (1)

A hőkezelés olyan eljárás, amelynek során a fémek szabályozott melegítését és hűtését nagyon pontos környezeti feltételek mellett hajtják végre, hogy a fém fizikai vagy mechanikai tulajdonságai megváltozzanak anélkül, hogy a termék alakja megváltozna. Ha a hőkezelést nem végzik el megfelelően, előfordulhat, hogy a fém nem éri el azokat a kívánt tulajdonságokat, amelyek szükségesek ahhoz, hogy megfeleljen a mérnök tervezési specifikációinak.
A hőkezelés jellemzően az anyag szilárdságának növelésével jár, de gyakran használják a megmunkálhatóság javítására, az alakíthatóság javítására, a hajlékonyság növelésére vagy a korrózióállóság növelésére is. Ezért ez egy kritikus folyamat, amely biztosítja a fém meghatározott jellemzőinek elérését.

A titánötvözetek hőkezelésének előnyei:

Csökkentse a gyártás során keletkezett maradékfeszültségeket (feszültségoldás)
A rugalmasság, a megmunkálhatóság, valamint a méret- és szerkezeti stabilitás (hevítés) optimális kombinációjának létrehozása
Növelje az erőt (oldatkezelés és öregedés)

Optimalizálja a speciális tulajdonságokat, például a törési szívósságot, a fáradási szilárdságot és a magas hőmérsékletű kúszási szilárdságot

A titán stresszoldása

A titán és a titánötvözetek feszültségmentesíthetők anélkül, hogy károsan befolyásolnák a szilárdságot vagy a rugalmasságot.

A feszültségoldó kezelések csökkentik a nemkívánatos maradó feszültségeket, amelyek az első, egyenetlen melegkovácsolásból vagy hidegalakításból és egyengetésből eredő deformációból, másodszor a lemezek vagy kovácsolt anyagok aszimmetrikus megmunkálásából, harmadszor pedig az öntvények hegesztéséből és hűtéséből adódnak. Az ilyen feszültségek megszüntetése segít megőrizni az alakstabilitást, és kiküszöböli a kedvezőtlen körülményeket, mint például a nyomófolyósság elvesztését, amelyet Bauschinger-effektusnak neveznek.

A stresszoldás valószínűleg a titán és titánötvözetek leggyakoribb hőkezelése. Csökkenti a nemkívánatos maradó feszültségeket, amelyek az egyenetlen melegkovácsolás deformációjából, egyenetlen hidegalakításból és egyengetésből, a lemezek (hogouts) vagy kovácsolt anyagok aszimmetrikus megmunkálásából, kovácsolt, öntött vagy porkohászati ​​(P/M) alkatrészek hegesztéséből adódnak, és öntvények hűtése.

A feszültségoldás segít megőrizni az alak stabilitását, és kiküszöböli az olyan kedvezőtlen körülményeket is, mint a nyomófolyási szilárdság elvesztése – a Bauschinger-effektus –, amely különösen súlyos lehet a titánötvözetek esetében. A stresszoldás az erő vagy a hajlékonyság hátrányos befolyásolása nélkül végezhető.

Lágyítás

A titán és titánötvözetek izzítása elsősorban a törési szívósság, a szobahőmérsékleten való hajlékonyság, a méret- és hőstabilitás, valamint a kúszásállóság növelését szolgálja. Sok titánötvözetet izzított állapotban helyeznek üzembe. Mivel egy vagy több tulajdonság javulását általában valamilyen más tulajdonság rovására érik el, a lágyítási ciklust a kezelés céljának megfelelően kell megválasztani.
A gyakori lágyító kezelések a következők:

A malmi izzítás egy általános célú kezelés, amelyet minden malomtermékre alkalmaznak. Ez nem teljes hőkezelés, és hideg vagy meleg megmunkálás nyomait hagyhatja az erősen megmunkált termékek, különösen a lemezek mikroszerkezetében.

A duplex lágyítás megváltoztatja a fázisok alakját, méretét és eloszlását a jobb kúszásállósághoz vagy törési szilárdsághoz szükségessé. Például a Corona 5 ötvözet duplex lágyításánál az első lágyítás a transzus közelében van, hogy gömbölyűvé tegye a deformált, és minimalizálja a térfogatrészét. Ezt egy második, alacsonyabb hőmérsékletű lágyítás követi, hogy a gömb alakú részecskék között új lencsés (acicularis) váljon ki. Ez a hegyes formáció a kúszási szilárdság és a törési szilárdság javulásával jár.

Az újrakristályosítási izzítást és a lágyítást a törési szilárdság javítására használják. Az átkristályosításos izzítás során az ötvözetet a - tartomány felső végébe hevítik, egy ideig ott tartják, majd nagyon lassan lehűtik. Az elmúlt években az újrakristályosításos izzítás váltotta fel a törés szempontjából kritikus légijármű-alkatrészek lágyítását.

(Béta) Lágyítás. Az átkristályosításos izzításhoz hasonlóan az izzítás is javítja a törési szilárdságot. A béta-lágyítást az izzítandó ötvözet transzusa feletti hőmérsékleten végezzük. A túlzott szemcsenövekedés elkerülése érdekében a lágyítási hőmérsékletnek csak valamivel magasabbnak kell lennie, mint a transzusnál. Az izzítási idő a metszet vastagságától függ, és elegendőnek kell lennie a teljes átalakuláshoz. Az átalakítás utáni hőmérsékleten eltöltött időt minimálisra kell csökkenteni a szem növekedésének szabályozása érdekében. A nagyobb részeket ventilátorral kell hűteni vagy vízzel hűteni, hogy elkerüljük a fázisok kialakulását a szemcsehatárokon.

Megoldás Kezelés és öregedés

A szilárdsági szintek széles skálája érhető el oldatos kezeléssel és öregítéssel az ötvözetekben vagy az ötvözetekben. Az egyedülálló Ti-2.5Cu ötvözet kivételével a titánötvözetek hőkezelési reakcióinak oka a magas hőmérsékletű fázis instabilitása alacsonyabb hőmérsékleten.
Egy ötvözetet az oldatkezelési hőmérsékletre hevítve magasabb fázisarányt eredményez. A fázisok ezt a felosztását kioltással tartják fenn; a későbbi öregedés során az instabil fázis lebomlik, ami nagy szilárdságot biztosít. A kereskedelmi forgalomban kapható ötvözetek általában oldattal kezelt állapotban vannak szállítva, és csak öregíteni kell. A titánötvözetek oldatos kezelése általában magában foglalja a transzus-hőmérséklet valamivel magasabb vagy valamivel alatti hőmérsékletre való melegítését.
A (béta) ötvözeteket általában oldatkezelt állapotban szerzik be a gyártóktól. Ha újramelegítésre van szükség, az áztatási időknek csak annyinak kell lenniük, amennyi a teljes oldódáshoz szükséges. Az ötvözetek oldatkezelési hőmérséklete a transzus felett van; mivel nincs jelen második fázis, a szemek növekedése gyorsan haladhat.
- (Alfa-béta) ötvözetek. Az - ötvözetek oldatkezelési hőmérsékletének kiválasztása az öregedés után kívánt mechanikai tulajdonságok kombinációján alapul. Az -ötvözetek oldatkezelési hőmérsékletének változása megváltoztatja a fázis mennyiségét, és ennek következtében megváltozik az öregedési reakció.
Ahhoz, hogy nagy szilárdságot és megfelelő alakíthatóságot érjünk el, az oldatos kezelést magas hőmérsékleten kell végezni a terepen, általában 25–85 fokkal (50–150 °F) az ötvözet transzusa alatt. Ha nagy törési szilárdságra vagy a feszültségkorrózióval szembeni fokozott ellenállásra van szükség, kívánatos lehet a lágyítás vagy oldatos kezelés. Azonban a hőkezelés - ötvözetek a sorozatban jelentős veszteséget okoz a rugalmasságban. Ezeket az ötvözeteket általában oldatos hőkezeléssel kezelik a transzus alatt, hogy optimális egyensúlyt érjenek el a hajlékonyság, a törési szilárdság, a kúszás és a feszültség-szakadási tulajdonságok között.

Kioltás

Ha az ötvözeteket gyorsan lehűtik a teljes béta régióból származó vízzel, akkor az alfa-fázis képződési tendenciája elnyomódik, és a béta-fázis megmarad. Bizonyos ötvözet-összetételek azonban sajátos átalakulást mutatnak a kioltás során. A martenzites vagy nyírásszerű átalakulás ezen mechanizmusa nem teljesen ismert. Ennek a szerkezetnek, az úgynevezett alfa prímnek a kialakulása a rács némi torzulását okozza. Ez a torzulás és az ebből eredő feszültség kemény és szívós anyagot eredményez, és jobb kifáradási tulajdonságokkal rendelkezik, mint az alfa. Ez a kioltási folyamat a temperálás kezdeti pontja is.

Edzés

Amikor a titánt megemelt hőmérsékletről lehűtjük, újra felmelegítjük a béta-transzus alatti hőmérsékletre, hosszú ideig tartjuk, majd ismét lehűtjük, azt mondják, hogy temperált. Három változó létezik a temperálásban: a jelenlévő fázisok, a tartási idő és a temperálási hőmérséklet.

Ha a kezdeti struktúra alfa prímet tartalmaz, akkor két változás következik be: az alfa prím alfa-prímmá alakul, és hosszabb időkben az alfa fogazott lesz. Az eredmény a keménység és a szilárdság elvesztése, valamint a hajlékonyság és az ütőképesség növekedése. Az alfa-béta struktúrák azonban nem követik ezt a mintát. Az alfa elsősorban változatlan marad; a béta lebomlik és több alfa keletkezik a béta fázis rovására. Alacsony hőmérsékleten több alfa képződik; így az alacsony temperálási hőmérsékletek nagyobb szilárdság- és keménységcsökkenést, valamint nagyobb rugalmasság-növekedést eredményeznek, mint az azonos időintervallumok alatt végzett magas hőmérsékletű temperálás.

Izotermikus átalakulás

Amikor egy ötvözetet a teljes béta régióból az alfa-béta mező hőmérsékletére melegítenek, és egy ideig tartjuk, majd további szobahőmérsékletre hűtjük, az anyag izotermikusan átalakul. Az ilyen kezelés az alfa-fázis kicsapódását okozza a béta-ból. Magas hőmérsékleten az alfa először a szemcsehatárokon, majd később magukon a béta-szemcséken belül válik ki.
Ez a kezelés az átalakulási hőmérséklet alatti hőmérsékleten eleinte nagyon kemény anyagot ad a béta prime képződése miatt. Ha a tartási időt meghosszabbítják, a keménység és a szilárdság csökken, és ezzel együtt nő a hajlékonyság és a szívósság. Alacsonyabb hőmérsékleten a keménység és a ridegség fokozatos emelkedése megy végbe, és hosszabb időn keresztül nagyobb keménység érhető el, mint rövid ideig tartó magas hőmérsékletű kezelésekkel.

(Folytatás következik)