Titāna un titāna sakausējumu termiskā apstrāde (1)
Termiskā apstrāde ir process, kurā ļoti precīzos vides apstākļos tiek veikta kontrolēta metālu karsēšana un dzesēšana, lai mainītu metāla fizikālās vai mehāniskās īpašības, nemainot izstrādājuma formu. Ja termiskā apstrāde netiek veikta pareizi, metāls var nesasniegt vēlamās īpašības, kas nepieciešamas, lai atbilstu inženiera dizaina specifikācijām.
Termiskā apstrāde parasti ir saistīta ar materiāla stiprības palielināšanu, taču to bieži izmanto arī, lai uzlabotu apstrādājamību, uzlabotu formējamību, palielinātu elastību vai palielinātu izturību pret koroziju. Tāpēc tas ir kritisks process, kas nodrošina, ka tiek sasniegtas norādītās metāla īpašības.
Titāna sakausējumu termiskās apstrādes priekšrocības:
Samazināt ražošanas laikā radušos atlikušos spriegumus (spriedzes mazināšana)
Izveidojiet optimālu elastības, mehāniski apstrādājamības un izmēru un struktūras stabilitātes kombināciju (atkausēšana)
Palielināt spēku (šķīduma apstrāde un novecošana)
Optimizējiet īpašas īpašības, piemēram, izturību pret lūzumiem, noguruma izturību un šļūdes izturību augstā temperatūrā
Titāna stresa mazināšana
Titānu un titāna sakausējumus var atbrīvot no stresa, negatīvi neietekmējot izturību vai elastību.
Sprieguma mazināšanas procedūras samazina nevēlamos atlikušos spriegumus, kas rodas, pirmkārt, nevienmērīga karstā kalšana vai deformācija aukstās formēšanas un iztaisnošanas rezultātā, otrkārt, plākšņu vai kalumu asimetriska apstrāde un, treškārt, lējumu metināšana un dzesēšana. Šādu spriegumu noņemšana palīdz saglabāt formas stabilitāti un novērš nelabvēlīgus apstākļus, piemēram, spiedes tecēšanas robežas zudumu, ko parasti sauc par Baušingera efektu.
Stresa mazināšana, iespējams, ir visizplatītākā titāna un titāna sakausējumu termiskā apstrāde. To izmanto, lai samazinātu nevēlamos atlikušos spriegumus, kas rodas no nevienmērīgas karstās kalšanas deformācijas, nevienmērīgas aukstās formēšanas un iztaisnošanas, plākšņu vai kalumu asimetriskas apstrādes, kaltu, liešanas vai pulvermetalurģijas (P/M) detaļu metināšanas un lējumu dzesēšana.
Sprieguma mazināšana palīdz saglabāt formas stabilitāti, kā arī var novērst nelabvēlīgus apstākļus, piemēram, spiedes tecēšanas robežas zudumu (Baušingera efektu), kas var būt īpaši smags titāna sakausējumos. Stresa mazināšanu var veikt, negatīvi neietekmējot izturību vai elastību.
Atkausēšana
Titāna un titāna sakausējumu atkausēšana galvenokārt kalpo, lai palielinātu izturību pret lūzumiem, elastību istabas temperatūrā, izmēru un termisko stabilitāti un šļūdes pretestību. Daudzi titāna sakausējumi tiek nodoti ekspluatācijā atkausētā stāvoklī. Tā kā vienas vai vairāku īpašību uzlabojumi parasti tiek iegūti uz citu īpašību rēķina, atkausēšanas cikls jāizvēlas atbilstoši apstrādes mērķim.
Parastās atkausēšanas procedūras ir:
Dzirnavu atkvēlināšana ir vispārēja pielietojuma apstrāde, ko veic visiem dzirnavu produktiem. Tas nav pilnībā atkausēts un var atstāt aukstā vai siltā apstrādes pēdas smagi apstrādātu izstrādājumu, īpaši lokšņu, mikrostruktūrās.
Dupleksā atkausēšana maina fāžu formas, izmērus un sadalījumu atbilstoši tiem, kas nepieciešami, lai uzlabotu šļūdes pretestību vai izturību pret lūzumiem. Piemēram, sakausējuma Corona 5 dupleksajā rūdīšanā pirmā atkvēlināšana atrodas transusa tuvumā, lai globulizētu deformēto un samazinātu tā tilpuma daļu. Tam seko otrā atlaidināšana zemākā temperatūrā, lai starp lodveida daļiņām izgulsnētu jaunas lēcveida (acikulāras) daļiņas. Šī adatu veidošanās ir saistīta ar šļūdes stiprības un lūzuma stingrības uzlabošanos.
Pārkristalizācijas atkausēšana un atkausēšana tiek izmantota, lai uzlabotu izturību pret lūzumiem. Rekristalizācijas rūdīšanā sakausējums tiek uzkarsēts diapazona augšējā galā, kādu laiku tiek turēts un pēc tam ļoti lēni atdzesēts. Pēdējos gados pārkristalizācijas rūdīšana ir aizstājusi rūdīšanu attiecībā uz lūzumiem kritiskām lidmašīnas korpusa sastāvdaļām.
(Beta) atkvēlināšana. Tāpat kā rekristalizācijas atkvēlināšana, atkausēšana uzlabo lūzumu izturību. Beta atkausēšana tiek veikta temperatūrā, kas pārsniedz atkausējamā sakausējuma transus. Lai novērstu pārmērīgu graudu augšanu, atkvēlināšanas temperatūrai jābūt tikai nedaudz augstākai par transusu. Rūdīšanas laiki ir atkarīgi no sekcijas biezuma, un tiem jābūt pietiekamiem pilnīgai transformācijai. Lai kontrolētu graudu augšanu, temperatūras laiks pēc transformācijas jāsamazina līdz minimumam. Lielākas sekcijas jādzesē ar ventilatoru vai jādzesē ar ūdeni, lai novērstu fāzes veidošanos graudu robežās.
Risinājums, ārstēšana un novecošana
Apstrādājot šķīdumā un novecojot, var iegūt plašu stiprības līmeņu klāstu vai sakausējumos. Izņemot unikālo Ti-2.5Cu sakausējumu, titāna sakausējumu termiskās apstrādes reakcijas cēlonis ir augstas temperatūras fāzes nestabilitāte zemākās temperatūrās.
Karsējot sakausējumu līdz šķīduma apstrādes temperatūrai, tiek iegūta lielāka fāzes attiecība. Šo fāžu sadalīšanu uztur rūdīšana; pēc sekojošas novecošanas notiek nestabilās fāzes sadalīšanās, nodrošinot augstu izturību. Komerciālie sakausējumi parasti tiek piegādāti ar šķīdumu apstrādātā stāvoklī, un tie ir tikai jānoveco. Titāna sakausējumu apstrāde ar šķīdumu parasti ietver karsēšanu līdz temperatūrai, kas ir nedaudz augstāka vai nedaudz zemāka par transusa temperatūru.
(Beta) sakausējumus parasti iegūst no ražotājiem ar šķīdumu apstrādātā stāvoklī. Ja ir nepieciešama atkārtota uzsildīšana, mērcēšanas laikam vajadzētu būt tikai tik ilgi, cik nepieciešams, lai iegūtu pilnīgu šķīdumu. Šķīduma apstrādes temperatūra sakausējumiem ir virs transusa; jo nav otrās fāzes, graudu augšana var noritēt strauji.
- (Alfa-beta) sakausējumi. Šķīduma apstrādes temperatūras izvēle sakausējumiem ir balstīta uz mehānisko īpašību kombināciju, kas vajadzīga pēc novecošanas. Izmaiņas sakausējumu šķīduma apstrādes temperatūrā maina fāzes daudzumu un attiecīgi maina reakciju uz novecošanos.
Lai iegūtu augstu stiprību ar atbilstošu elastību, ir jāveic šķīduma apstrāde augstā temperatūrā laukā, parasti 25 līdz 85 grādus (50 līdz 150 ° F) zem sakausējuma transusa. Ja ir nepieciešama augsta izturība pret lūzumiem vai uzlabota izturība pret koroziju, var būt vēlama atkausēšana vai apstrāde ar šķīdumu. Tomēr termiskā apstrāde - sakausējumi diapazonā rada ievērojamus elastības zudumus. Šie sakausējumi parasti tiek termiski apstrādāti zem transusa, lai iegūtu optimālu elastības, lūzuma stingrības, šļūdes un sprieguma plīsuma īpašību līdzsvaru.
Rūdīšana
Ja sakausējumus ātri atdzesē ar ūdens dzesēšanu no visa beta apgabala, tiek nomākta alfa fāzes veidošanās tendence un beta fāze tiek saglabāta. Tomēr noteiktām sakausējumu kompozīcijām rūdīšanas laikā ir raksturīgas savdabīgas transformācijas. Šis martensīta vai bīdes veida transformācijas mehānisms nav pilnībā izprotams. Šīs struktūras veidošanās, tā sauktā alfa primārā vērtība, rada zināmus režģa kropļojumus. Šī deformācija un no tā izrietošā deformācija rada materiālu, kas ir ciets un izturīgs, un tam ir labākas noguruma īpašības nekā alfa. Šis dzēšanas process ir arī rūdīšanas sākuma punkts.
Rūdīšana
Kad titāns tiek dzēsts no paaugstinātas temperatūras, atkārtoti uzkarsēts līdz temperatūrai, kas ir zemāka par beta transus, tiek turēta ilgu laiku un atkal tiek dzēsta, tiek uzskatīts, ka tas ir rūdīts. Rūdīšanā pastāv trīs mainīgie: esošās fāzes, noturētais laiks un rūdīšanas temperatūra.
Ja sākotnējā struktūra satur alfa pirmizrādi, notiek divas izmaiņas: alfa galvenais pārveidojas par alfa, un ilgākā laikā alfa kļūst robaina. Rezultāts ir cietības un izturības zudums, kā arī elastības un trieciena palielināšanās. Tomēr alfa-beta struktūras neatbilst šim modelim. Alfa galvenokārt paliek nemainīga; beta sadalās, veidojot vairāk alfa uz beta fāzes rēķina. Zemā temperatūrā veidosies vairāk alfa; tādējādi zema rūdīšanas temperatūra rada lielāku stiprības un cietības samazināšanos un lielāku elastības pieaugumu nekā rūdīšana augstā temperatūrā identiskos laika intervālos.
Izotermiskā transformācija
Karsti dzesējot sakausējumu no visas beta apgabala līdz temperatūrai alfa-beta laukā un paturot kādu laiku un pēc tam tālāk atdzesējot līdz istabas temperatūrai, materiāls tiek pārveidots izotermiski. Ārstēšana šādā veidā izraisa alfa fāzes nogulsnēšanos no beta. Augstās temperatūrās alfa izgulsnējas vispirms pie graudu robežām un vēlāk pašos beta graudos.
Šāda apstrāde, turot temperatūru tieši zem transformācijas temperatūras, sākumā iegūst ļoti cietu materiālu, jo veidojas beta pamats. Ja turēšanas laiks tiek pagarināts, cietība un izturība samazinās, līdz ar to palielinās elastība un stingrība. Zemākā temperatūrā pakāpeniski palielinās cietība un trauslums, un ilgstoši var iegūt augstāku cietību nekā ar īslaicīgu augstas temperatūras apstrādi.
(Turpinājums)
