Charakterystyka obróbki cieplnej stopów tytanu
(1) Transformacja martenzytu nie zmieni znacząco właściwości stopów tytanu. Cecha ta różni się od martenzytycznej przemiany fazowej stali. Wzmocnienie poprzez obróbkę cieplną stopów tytanu może polegać jedynie na starzeniowym rozkładzie fazy metastabilnej (w tym fazy martenzytycznej) powstałej w wyniku hartowania. Ponadto metoda obróbki cieplnej czystych stopów tytanu typu A jest w zasadzie niemożliwa. Efektywna, czyli obróbka cieplna stopów tytanu stosowana jest głównie w przypadku stopów tytanu typu +.
(2) Obróbka cieplna powinna zapobiegać tworzeniu się fazy ω. Powstawanie fazy ω spowoduje, że stop tytanu będzie kruchy, a odpowiedni dobór procesu starzenia (np. zastosowanie wyższej temperatury starzenia) może spowodować rozkład fazy ω.
(3) Trudno jest uszlachetnić ziarna stopu tytanu za pomocą powtarzających się przemian fazowych. Różni się to również od materiałów stalowych. W większości stali można stosować powtarzające się przemiany fazowe austenitu i perlitu (lub ferrytu, cementytu) w celu kontrolowania zarodkowania i wzrostu nowych faz w celu uzyskania rozdrobnienia ziarna. W stopach tytanu nie ma takiego zjawiska.
(4) Słaba przewodność cieplna. Zła przewodność cieplna może prowadzić do słabej hartowności stopów tytanu, szczególnie stopów tytanu, dużych naprężeń cieplnych podczas hartowania, a części są podatne na wypaczanie podczas hartowania. Ze względu na słabą przewodność cieplną stopy tytanu mogą łatwo powodować nadmierny lokalny wzrost temperatury po odkształceniu, co może spowodować, że lokalna temperatura przekroczy punkt przemiany i utworzy się struktura Widmanstattena.
(5) Aktywny chemicznie. Podczas obróbki cieplnej stopy tytanu łatwo reagują z tlenem i parą wodną, tworząc warstwę bogatą w tlen lub zgorzelinę tlenkową na określonej głębokości na powierzchni przedmiotu obrabianego, co zmniejsza wydajność stopu. Jednocześnie stopy tytanu łatwo absorbują wodór podczas obróbki cieplnej, powodując kruchość wodorową.
(6) Istnieje duża różnica w punktach przejściowych. Nawet jeśli składniki są takie same, ze względu na różne temperatury wytapiania, ich transformacja
Temperatury czasami znacznie się różnią.
(7) Po podgrzaniu w obszarze fazowym ziarna mają tendencję do wzrostu. Zgrubienie ziaren może spowodować gwałtowny spadek plastyczności stopu, dlatego należy ściśle kontrolować temperaturę i czas ogrzewania, a obróbkę cieplną w obszarze fazowym należy stosować ostrożnie.
Rodzaje obróbki cieplnej stopów tytanu
Zmiana fazowa stopu tytanu jest podstawą obróbki cieplnej stopu tytanu. Aby poprawić właściwości użytkowe stopu tytanu, oprócz rozsądnego dodawania stopu, należy go połączyć z odpowiednią obróbką cieplną. Istnieje kilka metod obróbki cieplnej stopów tytanu. Powszechnie stosowane obejmują obróbkę poprzez wyżarzanie, obróbkę starzeniową, obróbkę cieplną odkształcającą i chemiczną obróbkę cieplną.
1 Obróbka wyżarzania
Wyżarzanie jest odpowiednie dla różnych stopów tytanu i ostatecznie poprawia plastyczność stopu, eliminuje jego naprężenia i stabilizuje konstrukcję. Formy wyżarzania obejmują wyżarzanie odprężające, wyżarzanie rekrystalizujące, wyżarzanie podwójne, wyżarzanie izotermiczne i wyżarzanie próżniowe.
(1) Wyżarzanie odprężające. W celu wyeliminowania naprężeń wewnętrznych powstających podczas procesów odlewania, odkształcania na zimno i spawania można zastosować wyżarzanie odprężające. Temperatura wyżarzania odprężającego powinna być niższa niż temperatura rekrystalizacji, zwykle 450 ~ 650 stopni. Wymagany czas zależy od wielkości przekroju poprzecznego przedmiotu obrabianego, historii obróbki i wymaganego stopnia odprężenia.
(2) Zwykłe wyżarzanie. Celem jest wyeliminowanie naprężeń podstawowych w półproduktach ze stopów tytanu i uzyskanie wysokiej wytrzymałości i plastyczności spełniającej wymagania techniczne. Temperatura wyżarzania jest na ogół równa lub nieco niższa od temperatury początkowej rekrystalizacji. Ten proces wyżarzania jest powszechnie stosowany, gdy produkty metalurgiczne opuszczają fabrykę, dlatego można go również nazwać wyżarzaniem fabrycznym.
(3) Całkowite wyżarzanie. Ma to na celu całkowite wyeliminowanie umocnienia przez zgniot, stabilizację konstrukcji i poprawę plastyczności. Proces ten polega głównie na rekrystalizacji, dlatego nazywany jest również wyżarzaniem rekrystalizacyjnym. Temperatura wyżarzania korzystnie mieści się pomiędzy temperaturą rekrystalizacji a temperaturą przemiany fazowej. W przypadku przekroczenia temperatury przemiany fazowej utworzy się struktura Widmanstattena i pogorszą się właściwości stopu. Rodzaj, temperatura i metoda chłodzenia wyżarzania różnią się w zależności od różnych typów stopów tytanu.
(4) Wyżarzanie podwójne. Aby poprawić odporność na pękanie, plastyczność i stabilną strukturę stopu, wymagane jest dwukrotne wyżarzanie. Struktura stopu po wyżarzaniu jest bardziej jednolita i bliska równowagi. Aby zapewnić stabilność struktury i właściwości żaroodpornych stopów tytanu w warunkach wysokich temperatur i długotrwałych naprężeń, często stosuje się ten rodzaj wyżarzania. Wyżarzanie podwójne polega na dwukrotnym nagrzaniu i ochłodzeniu stopu powietrzem. Temperatura ogrzewania pierwszego wyżarzania wysokotemperaturowego jest wyższa lub zbliżona do temperatury końcowej rekrystalizacji, dzięki czemu można w pełni przeprowadzić rekrystalizację bez powodowania znacznego wzrostu ziaren i można kontrolować udział objętościowy fazy ap. Po schłodzeniu powietrzem konstrukcja nie jest wystarczająco stabilna, dlatego wymagane jest drugie wyżarzanie w niskiej temperaturze. Temperatura wyżarzania jest niższa od temperatury rekrystalizacji i utrzymywana przez długi czas, aby całkowicie rozłożyć fazę metastabilną uzyskaną w wyniku wyżarzania wysokotemperaturowego.
(5) Wyżarzanie izotermiczne. Wyżarzanie izotermiczne zapewnia najlepszą plastyczność i stabilność termiczną. Ten rodzaj wyżarzania jest odpowiedni dla dwufazowych stopów tytanu o większej zawartości pierwiastków stabilizujących. W wyżarzaniu izotermicznym stosuje się metodę stopniowanego chłodzenia, to znaczy po podgrzaniu do temperatury powyżej temperatury rekrystalizacji i utrzymaniu ciepła, jest on natychmiast przenoszony do innego pieca o niższej temperaturze (zwykle 600 ~ 650 stopni) w celu zachowania ciepła, a następnie chłodzony powietrzem do temperatura pokojowa.
2Zabieg hartujący
Starzenie hartownicze jest główną metodą obróbki cieplnej i wzmacniania stopów tytanu. Wykorzystuje zmianę fazową w celu uzyskania efektu wzmacniającego, dlatego nazywa się ją również wzmacniającą obróbką cieplną. Wzmacniający efekt obróbki cieplnej stopu tytanu zależy od charakteru, stężenia i specyfikacji obróbki cieplnej pierwiastków stopowych, ponieważ czynniki te wpływają na rodzaj, skład, ilość i rozkład fazy metastabilnej uzyskanej w wyniku hartowania stopu, a także charakter fazy wytrąconej podczas rozkładu fazy metastabilnej. Struktura, stopień dyspersji itp., które są związane ze składem stopu, specyfikacjami procesu obróbki cieplnej i pierwotną strukturą.
W przypadku stopów o określonym składzie efekt wzmocnienia starzeniowego zależy od wybranego procesu obróbki cieplnej. Im wyższa temperatura hartowania, tym bardziej oczywisty jest efekt wzmocnienia starzenia. Jednakże hartowanie powyżej temperatury przemiany spowoduje kruchość ze względu na zbyt grube ziarna. W przypadku dwufazowych stopów tytanu o niższym stężeniu można zastosować hartowanie w wyższej temperaturze w celu uzyskania większej ilości martenzytu, natomiast w przypadku dwufazowych stopów tytanu o wyższym stężeniu można zastosować hartowanie w niższej temperaturze w celu uzyskania bardziej metastabilnej fazy. , tak aby uzyskać maksymalnie efektywny czasowo efekt wzmocnienia. Metodą chłodzenia jest zazwyczaj chłodzenie wodą lub chłodzenie olejem, a proces hartowania musi być szybki, aby zapobiec rozkładowi fazy podczas procesu przenoszenia i zmniejszyć efekt wzmocnienia starzenia. Dobór temperatury i czasu starzenia powinien opierać się na najlepszych kompleksowych wynikach. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura starzenia + stopu tytanu wynosi 500 ~ 600 stopni, a czas starzenia wynosi 4 ~ 12 godzin; podczas gdy temperatura starzenia stopu tytanu typu wynosi 450 ~ 550 stopni. , czas 8 ~ 24h, metodą chłodzenia jest chłodzenie powietrzem.
