Quins són els requisits per apagar els aliatges de titani

Els aliatges de titani s’utilitzen àmpliament en aeroespacial, dispositius mèdics i fabricació de gamma alta a causa de la seva alta resistència específica, resistència a la corrosió i biocompatibilitat. No obstant això, els seus processos de tractament tèrmic són molt més complexos que els dels metalls tradicionals, especialment el procés d’apagat, que requereix un control precís de la temperatura, la velocitat de refrigeració i la transformació microestructural per aconseguir un rendiment òptim.

Temperatura d’apagat: la “línia crítica” per equilibrar la força i la ductilitat

La temperatura d’apagada és un paràmetre clau que determina la microestructura i les propietats mecàniques dels aliatges de titani. Segons el tipus d’aliatge (o +), el control de la temperatura ha de seguir diferents principis:

+ Aliatges de titani (per exemple, TC4):La temperatura d’apagada s’estableix normalment a la regió de la fase superior +. Per exemple, la temperatura de disminució de l’aliatge TC4 és de 980-1010 graus. Aquest rang de temperatura garanteix una dissolució suficient de la fase mantenint una petita quantitat de fase no resolta com a fase de reforç. Si la temperatura supera la temperatura de transformació (per exemple, 980-1000 graus per TC4), els grans es veuran ràpidament, donant lloc a una disminució de la duresa després de disminuir. Per exemple, una determinada forja de l’aviació va experimentar una temperatura d’aturada superior al límit especificat per 10 graus, fent que la mida del gra augmentés de 25 μm a 80 μm i una disminució del 30% de la duresa de la fractura.

-L’aliatges de titani de tipus (com TB2):S’han d’escalfar per sobre de la regió monofàsica. Per exemple, la temperatura d’apagat per l’aliatge TB2 és de 800-850 graus. El desnivell d’alta temperatura produeix una única fase metastable, proporcionant llocs de nucleació per a la posterior precipitació de fase durant l’envelliment. Tanmateix, el temps de retenció ha de ser controlat estrictament per evitar un creixement excessiu dels grans.

-L’aliatges de titani de tipus:Generalment no s’apaguen perquè la seva microestructura recoberta ja és altament estable, i l’apagar pot induir fàcilment una transformació martensítica, donant lloc a la britivitat.

Mètode de refrigeració: una cursa contra el temps per al "control de transformació de fase"

La velocitat de refrigeració afecta directament la ruta de transformació de fase i la distribució de l’estrès residual en aliatges de titani. S'ha de seleccionar el medi de refrigeració adequat en funció del tipus d'aliatge i la mida de la part:

Refrigeració d’aigua i oli:Apte per a parts de paret fina (gruix inferior o igual a 25 mm) de tipus i {+ - aliatges de titani. El refredament d’aigua pot aconseguir taxes de refrigeració de 1000 graus /s, creuant ràpidament la zona de transformació → ′ martensita i impedint la descomposició de la fase en una estructura gruixuda +. Per exemple, després del refredament d’aigua, la microestructura a temperatura ambient de l’aliatge TC4 és ′ martensita amb una petita quantitat de fase residual i, després de l’envelliment, la força pot arribar a 1200 MPa.

Refredament d'aire i gas:S'utilitza per a l'estabilització de parts de secció gruixuda (gruix> 50mm) o aliatges de tipus. Les taxes de refrigeració d’aire d’aproximadament 10-50 graus /s poden reduir l’estrès tèrmic, però es requereix un tractament posterior envelliment per perfeccionar la mida del gra. Per exemple, la microestructura de l’aliatge TB2 després del refredament de l’aire és una fase metastable. Després de l’envelliment a 550 graus durant 8 hores, es precipita la fase a nanoescala, augmentant la força en un 20%.

Refredament escenificat:Per a parts en forma de complexa, es fa servir un procés escenificat que combina un refredament ràpid en una zona d’alta temperatura i un refredament lent en una zona de baixa temperatura. Per exemple, una fulla del motor d’avions es refrigera en aigua fins a 600 graus i després es refreda lentament en un forn d’aire a temperatura ambient, evitant que s’esquerdi mantenint la uniformitat de la microestructura.

Control de microestructura: transformació de "fase inestable" a "enduriment de precipitacions"

L’objectiu bàsic d’apagar és obtenir fases metastables (com ara ′ martensita i fase metastable) per proporcionar un fonament per a les fases de reforç de les precipitacions durant l’envelliment. El control de la microestructura se centra en els punts clau següents:

Optimitzant la microestructura original:Abans d’apagar, es requereix un recristalització de recristalització per eliminar l’enduriment del treball i aconseguir una estructura equiaxada o de cistella. Per exemple, després del recuit a 750 graus durant 2 hores, la mida original del gra de TC4 es controla a 10-15 μm. Després d’apagar, l’amplada dels ’martensita és inferior o igual a 0,5 μm, i la mida de la fase de precipitació és encara més fina després de l’envelliment.

Evitar l'estructura acicular:Si la microestructura original consisteix en fases aciculars gruixudes als nivells 7-9, és probable que Widmanstätten es formi després de la disminució, donant lloc a una disminució de la plasticitat. Per exemple, l’allargament d’una forja va baixar del 15% al ​​8% després d’haver -se apagat a causa d’una mala microestructura original.

Control de contingut d'hidrogen:L’absorció d’hidrogen en aliatges de titani pot causar l’empresa d’hidrogen, que requereix un recobriment de deshidrogenació de buit (700-750 graus /2h) abans de la colada. Per exemple, després del tractament de deshidrogenació, la duresa d’impacte de l’aliatge TC4 amb un contingut d’hidrogen del 0,2% augmenta de 15 J/cm² a 35 J/cm².

Taboos de procés: "línies vermelles" intocable

Eviteu el refredament lent:Si els aliatges de tipus es refreden naturalment a l’aire, la fase es descompon en làmines gruixudes + +, donant lloc a una força insuficient. Per exemple, després de la refrigeració de l’aire TB2 d’aliatge a temperatura ambient, la resistència a la tracció és de només 800 MPa, molt inferior als 1100 MPa després del refredament d’aigua.

Eviteu el fet de referència:El múltiple de la reducció agreuja el grana de gra. Per exemple, després de tres quenchings en aliatge TC4, la mida del gra augmenta de 25 μm a 120 μm i la duresa de la fractura disminueix un 40%.

Prevenir la contaminació de l’oxidació:La calefacció de la calefacció s'ha de realitzar sota el buit o la protecció de gas inert per evitar que les capes d'òxid de superfície afectin el processament posterior. Per exemple, una part del dispositiu mèdic va patir desviacions de duresa superficial de fins a 50 HV a causa de l’oxidació al forn de calefacció.

L’aliatge de titani és un camp interdisciplinari a la intersecció de la ciència dels materials, la termodinàmica i la pràctica d’enginyeria. El seu nucli consisteix en aconseguir un equilibri entre força, plasticitat i duresa mitjançant un control precís de la temperatura, la velocitat i la microestructura. Amb l’augment de les noves tecnologies com ara aliatges de titani impresos en 3D i materials de gradient funcionalment, els processos d’abandonament evolucionen des del control macroscòpic fins al disseny microestructural.