Varmebehandling av titan og titanlegeringer (1）
Varmebehandling er en prosess der kontrollert oppvarming og avkjøling av metaller utføres under svært presise miljøforhold for å endre metallets fysiske eller mekaniske egenskaper uten å endre produktets form. Hvis varmebehandlingen ikke utføres riktig, kan det hende at metallet ikke oppnår de ønskede egenskapene som trengs for å oppfylle ingeniørens designspesifikasjoner.
Varmebehandling er vanligvis forbundet med å øke materialets styrke, men det brukes også ofte for å forbedre bearbeidbarheten, forbedre formbarheten, øke duktiliteten eller øke korrosjonsmotstanden. Derfor er det en kritisk prosess som sikrer at de spesifiserte egenskapene til metallet oppnås.
Fordelene med titanium legeringer varmebehandling:
Reduser gjenværende spenninger utviklet under fabrikasjon (avspenning)
Produser en optimal kombinasjon av duktilitet, bearbeidbarhet og dimensjons- og strukturstabilitet (gløding)
Øk styrke (løsningsbehandling og aldring)
Optimaliser spesielle egenskaper som bruddseighet, tretthetsstyrke og krypestyrke ved høy temperatur
Avstressende av titan
Titan og titanlegeringer kan stressavlastes uten å påvirke styrke eller duktilitet negativt.
Spenningsavlastende behandlinger reduserer de uønskede restspenningene som skyldes først ujevn varmsmiing eller deformasjon fra kaldforming og retting, for det andre asymmetrisk bearbeiding av plate eller smiing, og for det tredje sveising og avkjøling av støpegods. Fjerning av slike påkjenninger bidrar til å opprettholde formstabiliteten og eliminerer ugunstige forhold, slik som tap av trykkflytestyrke, vanligvis kjent som Bauschinger-effekten.
Avspenningsavlastning er sannsynligvis den vanligste varmebehandlingen som gis til titan og titanlegeringer. Den brukes til å redusere de uønskede restspenningene som er et resultat av ujevn varmsmideformasjon, ujevn kaldforming og retting, asymmetrisk bearbeiding av plate (hogouts) eller smiing, sveising av smidde, støpte eller pulvermetallurgiske (P/M) deler, og kjøling av støpegods.
Avspenningsavlastning bidrar til å opprettholde formstabiliteten og kan også eliminere ugunstige forhold som tap av trykkflytestyrke - Bauschinger-effekten - som kan være spesielt alvorlig i titanlegeringer. Stressavlastning kan utføres uten å påvirke styrke eller duktilitet negativt.
Gløding
Utglødning av titan og titanlegeringer tjener først og fremst til å øke bruddseigheten, duktiliteten ved romtemperatur, dimensjons- og termisk stabilitet og krypemotstand. Mange titanlegeringer tas i bruk i glødet tilstand. Fordi forbedring av en eller flere egenskaper vanligvis oppnås på bekostning av en annen egenskap, bør glødingssyklusen velges i henhold til formålet med behandlingen.
Vanlige utglødningsbehandlinger er:
Kverngløding er en generell behandling som gis til alle mølleprodukter. Det er ikke en fullstendig gløding og kan etterlate spor av kald eller varm bearbeiding i mikrostrukturene til tungt bearbeidede produkter, spesielt ark.
Dupleksgløding endrer fasonger, størrelser og fordelinger til de som kreves for forbedret krypemotstand eller bruddseighet. I dupleksglødingen av Corona 5-legeringen, for eksempel, er den første glødingen nær transus for å globularisere det deformerte og for å minimere volumfraksjonen. Dette etterfølges av en andre gløding ved lavere temperatur for å utfelle nye linseformede (acikulære) mellom de kuleformede partiklene. Denne dannelsen av acicular er assosiert med forbedringer i krypestyrke og bruddseighet.
Rekrystalliseringsgløding og gløding brukes for å forbedre bruddseigheten. Ved rekrystalliseringsgløding varmes legeringen opp i den øvre enden av - området, holdes i en tid og avkjøles deretter veldig sakte. De siste årene har rekrystalliseringsgløding erstattet gløding for bruddkritiske flyskrogkomponenter.
(Beta) Gløding. I likhet med rekrystalliseringsgløding, forbedrer gløding bruddseigheten. Beta-gløding gjøres ved temperaturer over transus av legeringen som glødes. For å forhindre overdreven kornvekst, bør temperaturen for gløding bare være litt høyere enn transus. Glødetider er avhengig av snitttykkelse og bør være tilstrekkelig for fullstendig transformasjon. Tiden ved temperatur etter transformasjon bør holdes på et minimum for å kontrollere kornveksten. Større seksjoner bør viftekjøles eller vannkjøles for å hindre dannelse av en fase ved korngrensene.
Løsningsbehandling og aldring
Et bredt spekter av styrkenivåer kan oppnås i - eller legeringer ved løsningsbehandling og aldring. Med unntak av den unike Ti-2.5Cu-legeringen, ligger opprinnelsen til varmebehandlingsresponsene til titanlegeringer i ustabiliteten til høytemperaturfasen ved lavere temperaturer.
Oppvarming av en legering til oppløsningsbehandlingstemperaturen gir et høyere faseforhold. Denne oppdelingen av faser opprettholdes ved bråkjøling; ved etterfølgende aldring oppstår dekomponering av den ustabile fasen, noe som gir høy styrke. Kommersielle legeringer leveres vanligvis i løsningsbehandlet tilstand, og trenger bare å eldes. Løsningsbehandling av titanlegeringer innebærer generelt oppvarming til temperaturer enten litt over eller litt under transustemperaturen.
(Beta)-legeringer hentes normalt fra produsenter i løsningsbehandlet tilstand. Hvis gjenoppvarming er nødvendig, bør bløtleggingstidene bare være så lange som nødvendig for å oppnå fullstendig oppløsning. Løsningsbehandlingstemperaturer for legeringer er over transus; fordi ingen andre fase er tilstede, kan kornveksten gå raskt.
- (Alfa-beta) legeringer. Valg av løsnings-behandlingstemperatur for legeringer er basert på kombinasjonen av mekaniske egenskaper som ønskes etter aldring. En endring i løsningsbehandlingstemperaturen til - legeringer endrer fasemengdene og endrer følgelig responsen på aldring.
For å oppnå høy styrke med tilstrekkelig duktilitet, er det nødvendig å oppløsningsbehandling ved en temperatur høy i feltet, normalt 25 til 85 grader (50 til 150 grader F) under transus av legeringen. Hvis høy bruddseighet eller forbedret motstand mot spenningskorrosjon er nødvendig, kan gløding eller løsningsbehandling være ønskelig. Imidlertid forårsaker varmebehandling - legeringer i området et betydelig tap i duktilitet. Disse legeringene er vanligvis løsningsvarmebehandlet under transus for å oppnå en optimal balanse mellom duktilitet, bruddseighet, kryp og spenningsbrudd.
Slokking
Hvis legeringer avkjøles raskt ved bråkjøling av vann fra hele beta-regionen, undertrykkes alfafasens tendens til å dannes, og betafasen beholdes. Visse legeringssammensetninger viser imidlertid en særegen transformasjon ved bråkjøling. Denne mekanismen for martensittisk eller skjærlignende transformasjon er ikke fullstendig forstått. Dannelsen av denne strukturen, den såkalte alfa-primen, forårsaker en viss forvrengning av gitteret. Denne forvrengningen og den resulterende belastningen produserer et materiale som er hardt og seigt, og har bedre utmattelsesegenskaper enn alfa. Denne bråkjølingsprosessen er også startpunktet for temperering.
Tempering
Når titan bråkjøles fra en forhøyet temperatur, varmes opp til en temperatur under beta-transus, holdes lenge og igjen bråkjøles, sies det å ha blitt temperert. Tre variabler eksisterer i temperering: fasene som er tilstede, tiden holdt og tempereringstemperaturen.
Når den opprinnelige strukturen inneholder alpha prime, skjer to endringer: alpha prime transformeres til alfa, og ved lengre tider blir alfa taggete. Resultatet er tap av hardhet og styrke og en økning i duktilitet og slag. Alfa-beta-strukturer følger imidlertid ikke dette mønsteret. Alfaen forblir hovedsakelig uendret; betaen brytes ned for å danne mer alfa på bekostning av betafasen. Ved lave temperaturer vil det dannes mer alfa; dermed resulterer lave anløpstemperaturer i en større reduksjon i styrke og hardhet og en større økning i duktilitet enn høytemperaturherding over identiske tidsintervaller.
Isotermisk transformasjon
Ved varmslukking av en legering fra hele beta-regionen til temperaturer i alfa-beta-feltet og holder i en periode og deretter videre bråkjøling til romtemperatur, transformeres materialet isotermisk. Behandling på denne måten forårsaker utfelling av alfafasen fra beta. Ved høye temperaturer utfelles alfa først ved korngrenser og senere innenfor beta-kornene selv.
Denne behandlingen, når den holdes ved temperaturer like under transformasjonstemperaturen, gir først et veldig hardt materiale på grunn av dannelse av beta-prime. Hvis holdetiden forlenges, reduseres hardheten og styrken med en medfølgende økning i duktilitet og seighet. Ved lavere temperaturer skjer en gradvis økning i hardhet og sprøhet, og ved lengre tid kan en høyere hardhet oppnås enn ved kortvarige høytemperaturbehandlinger.
(Fortsettelse)
