Технологија термомеханичке обраде -легура титанијума

-Легуре титанијума постале су једно од истраживачких тачака у материјалима од легура титанијума због своје одличне обрадивости на топло и хладно, подесивих механичких својстава и стабилности у широком температурном опсегу. Комбинована пластична деформација са топлотном обрадом, термомеханичка обрада (ТМП) може ефикасно оптимизовати микроструктуру -титанијумских легура и обезбедити прецизну техничку регулацију легура за лименке. високе{4}}прилике -легура титанијума.

 

 

Анализа особина легура бета титанијума

 

 

Суштина лежи у синергистичком ефекту „деформације{0}}индуковане микроструктурне еволуције“ и „фаза таложења контролисаних топлотним третманом-“, који прецизно регулише понашање дефеката кристала током деформације и процес фазне трансформације/таложења током топлотне обраде како би се оптимизовала микроструктура и својства материјала.

 

1.1Деформација{0}}Индуковано обогаћивање кристалних дефеката и пречишћавање зрна

Пластична деформација генерише велики број дислокација у -легурама титанијума. Са повећањем количине деформације, клизање и заплитање дислокације формирају подструктуре, које се даље рафинишу у равноосна подзрна или рекристализована зрна кроз динамички опоравак/рекристализацију. Фина зрна могу да побољшају снагу кроз јачање граница зрна и смање концентрацију напрезања ради побољшања жилавости (ефекат јачања финих-зрна). Температура деформације одређује морфологију микроструктуре: деформација у -фазном региону има тенденцију да добије униформна и фина зрна, док деформација у +двофазном-фазном региону формира сложену рафинисану двофазну структуру.

 

1.2Синергијска регулација фаза трансформације и преципитације

Контролом брзине хлађења и процеса старења, регулише се трансформација -фазе у -фазу и ω-фазу:

-фаза је главна фаза јачања. Дефекти кристала који се уносе деформацијом обезбеђују места нуклеације, омогућавајући му да се таложи у диспергованом и фином облику, што омета кретање дислокације како би се постигло јачање падавина. Старење на ниској-фази формира игличасту/ламеларну -фазу, док -старење на високим температурама формира сферну -фазу (уравнотежује снагу и жилавост).

Иако ω-фаза значајно побољшава чврстоћу, она нагло смањује жилавост, тако да је неопходно да се избегне или инхибира контролом брзине хлађења и састава легуре.

 

1.3Релаксација стреса и оптимизација микроструктурне стабилности

Процес загревања термичке обраде промовише атомску дифузију, остварујући анихилацију дислокација и елиминацију заосталих напрезања, чиме се избегава деформација и пуцање током накнадне обраде/сервиса. Стабилизује деформацију-индуковану финозрнасту-структуру, побољшава њену термичку стабилност и спречава раст зрна у раду на високим{3}}има. Овај ефекат омогућава перформансе обраде материјала, стабилност димензија и радни век, што га чини погодним за високе-температуре и високе- радне услове као што је ваздухопловство.

 

 

2.1 Руте језгра процеса

Деформација у -фазном региону + старење: Загрејте до -фазног региона (50-150 степени изнад -трансусне температуре), деформишите, затим брзо охладите на собну температуру и извршите третман старења. Овим поступком се добијају равномерно рафинисана зрна и дисперговане -фазе, и погодан је за структурне компоненте велике- и високе жилавости.

Деформација у +двофазном-региону + старење: загревање до +двофазног региона-(између -трансусне температуре и собне температуре), деформисање да би се структура побољшала кроз двофазни интерфејс-и старење након хлађења. Има и високу чврстоћу и одличне перформансе замора, и погодан је за компоненте које оптерећују{8}}замор, као што су лопатице авио-мотора.

За легуре са посебним захтевима, композитни процеси као што су деформационо{0}}степено старење и изотермна термомеханичка обрада могу да се прихвате ради оптимизације перформанси.

 

2.2 Кључна контрола параметара процеса

1. Температура деформације (Маинпараметар)

-фазни регион: Контролисано на -трансус +50 степен ~ -трансус +100 степен да би се обезбедила динамичка рекристализација и пречишћавање зрна;

+ двофазни регион: -трансус -50 степени ~ -трансус -100 степени, задржавајући 10%-30% -фазу за пречишћавање структуре кроз двофазну синергију;

Кључна тачка: Претерано висока температура доводи до грубости зрна, док претерано ниска температура повећава отпорност на деформацију и има тенденцију да изазове пуцање.

 

2. Количина и брзина деформације

Количина деформације: 30%-70%. Претерано велика деформација је склона пуцању, док је претерано мала деформација тешко оплеменити структуру;

Брзина деформације: Средња-мала брзина (0,1-10 с⁻¹) да би се избегао раст зрна узрокован адијабатским загревањем; за легуре које се{3}}тешко деформишу, брзина се може смањити или се може усвојити степенасто деформисање.

3. Брзина хлађења и параметри старења

 

Хлађење: Брзо хлађење (водено хлађење/хлађење уља) за добијање презасићеног чврстог раствора, постављајући темељ за јачање старења; претерано споро хлађење ће смањити снагу;

Старење: Ниска температура (350-450 степени, 1-4х) формира фине игласте -фазе са значајним ефектом јачања; средња{7}}висока температура (450-600 степени, 4-8х) добија сферичне/кратке штапићасте фазе, балансирајућу снагу и жилавост; хлађење ваздухом након старења је довољно да се избегне резидуални стрес.

 

 

 

Детаљан фазни дијаграм фазног састава легуре титанијума наспрам концентрације -стабилизујућих елемената и температуре

 

 

Димензија поређења	Висока{0}}стабилност -Легура титанијума	Средња-Стабилност -Легура титанијума	Ниска-Стабилност -Легура титанијума
Репрезентативне легуре	Ти-15В-3Цр-3Сн-3Ал, Ти-10В-2Фе-3Ал	Ти-6Ал-4В ЕЛИ, Ти-5Ал-5Мо-5В-3Цр	Ти-3Ал-8В-6Цр-4Мо-4Зр, Ти-2Ал-1,5Мн
Основне карактеристике	Висок садржај -стабилизујућих елемената, одржавање стабилне -фазе на собној температури, а -фаза се тешко таложи	Умерен садржај -стабилизујућих елемената, који имају и добру деформабилност и активност фазне трансформације, који се најчешће користе	Низак садржај -стабилизујућих елемената, лоша -фазна стабилност и склона → фазној трансформацији на собној температури
Механизам одговора на ТМП	Деформација у -фазном региону постиже динамичку рекристализацију (фина зрна), а старење на 500-650 степени таложи малу количину диспергованих фаза и ТиАл једињења, уз синергијско јачање „деформације + старења“	Деформација у +двофазном региону-разбија -фазе и обогаћује -фазне дислокације; након брзог хлађења + старења, велики број диспергованих игличастих/ламелних -фаза преципитира, са синергистичким финим-јачањем зрна и јачањем преципитације	Дефекти кристала унети деформацијом убрзавају фазну трансформацију, а велики број -фаза може да се исталожи хлађењем ваздухом без додатног третмана старењем