Varmebehandling af titan og titanlegeringer (1）

Varmebehandling er en proces, hvor styret opvarmning og afkøling af metaller udføres under meget præcise miljøforhold for at ændre metallets fysiske eller mekaniske egenskaber uden at ændre produktets form. Hvis varmebehandlingen ikke udføres korrekt, opnår metallet muligvis ikke de ønskede egenskaber, der er nødvendige for at opfylde ingeniørens designspecifikation.
Varmebehandling er typisk forbundet med at øge materialets styrke, men det bruges også ofte til at forbedre bearbejdeligheden, forbedre formbarheden, øge duktiliteten eller øge korrosionsbestandigheden. Derfor er det en kritisk proces, der sikrer, at metallets specificerede egenskaber opnås.

Fordelene ved titanium legeringer varmebehandling:

Reducer resterende spændinger udviklet under fremstilling (afspændingsaflastning)
Fremstil en optimal kombination af duktilitet, bearbejdelighed og dimensionel og strukturel stabilitet (udglødning)
Øg styrke (opløsningsbehandling og ældning)

Optimer specielle egenskaber såsom brudsejhed, udmattelsesstyrke og krybestyrke ved høje temperaturer

Afstressende af titanium

Titan og titanlegeringer kan aflastes uden at påvirke styrke eller duktilitet negativt.

Afspændingsaflastende behandlinger reducerer de uønskede resterende spændinger, der skyldes for det første uensartet varmsmedning eller deformation fra koldformning og opretning, for det andet asymmetrisk bearbejdning af plade eller smedning og for det tredje svejsning og afkøling af støbegods. Fjernelsen af ​​sådanne spændinger hjælper med at opretholde formstabiliteten og eliminerer ugunstige forhold, såsom tabet af trykflydespænding, almindeligvis kendt som Bauschinger-effekten.

Afspændingsaflastning er nok den mest almindelige varmebehandling, der gives til titanium og titanlegeringer. Det bruges til at mindske de uønskede restspændinger, der er et resultat af uensartet varmsmedningsdeformation, uensartet koldformning og opretning, asymmetrisk bearbejdning af plade (hogouts) eller smedning, svejsning af smedede, støbte eller pulvermetallurgiske (P/M) dele, og afkøling af støbegods.

Afspændingsaflastning hjælper med at bevare formstabiliteten og kan også eliminere ugunstige forhold, såsom tab af trykflydespænding - Bauschinger-effekten - der kan være særligt alvorlig i titanlegeringer. Afspændingsaflastning kan udføres uden at påvirke styrke eller duktilitet negativt.

Udglødning

Udglødningen af ​​titanium og titanlegeringer tjener primært til at øge brudsejhed, duktilitet ved stuetemperatur, dimensions- og termisk stabilitet og krybemodstand. Mange titanlegeringer tages i brug i udglødet tilstand. Fordi forbedring af en eller flere egenskaber generelt opnås på bekostning af en anden egenskab, bør udglødningscyklussen vælges i overensstemmelse med formålet med behandlingen.
Almindelige udglødningsbehandlinger er:

Mølleudglødning er en generel behandling, der gives til alle mølleprodukter. Det er ikke en fuld udglødning og kan efterlade spor af kold eller varm bearbejdning i mikrostrukturerne af stærkt bearbejdede produkter, især ark.

Dupleksudglødning ændrer fasernes former, størrelser og fordelinger til dem, der kræves for forbedret krybemodstand eller brudsejhed. I dupleksudglødningen af ​​Corona 5-legeringen, for eksempel, er den første udglødning nær transus for at globularisere det deformerede og for at minimere dets volumenfraktion. Dette efterfølges af en anden udglødning ved lavere temperatur for at udfælde nye linseformede (acikulære) mellem de kugleformede partikler. Denne dannelse af nåleformet er forbundet med forbedringer i krybestyrke og brudsejhed.

Omkrystallisationsudglødning og udglødning bruges til at forbedre brudsejheden. Ved omkrystallisationsudglødning opvarmes legeringen til den øvre ende af - området, holdes i et stykke tid og afkøles derefter meget langsomt. I de senere år har rekrystallisationsudglødning erstattet udglødning for brudkritiske flyskrogkomponenter.

(Beta) Udglødning. Ligesom rekrystallisationsudglødning forbedrer udglødning brudsejhed. Beta-udglødning udføres ved temperaturer over transus af den legering, der udglødes. For at forhindre overdreven kornvækst bør temperaturen til udglødning kun være lidt højere end transus. Udglødningstiderne afhænger af snittykkelsen og bør være tilstrækkelige til fuldstændig transformation. Tiden ved temperatur efter transformation bør holdes på et minimum for at kontrollere kornvæksten. Større sektioner bør blæserkøles eller vandkøles for at forhindre dannelsen af ​​en fase ved korngrænserne.

Løsningsbehandling og aldring

En lang række styrkeniveauer kan opnås i - eller legeringer ved opløsningsbehandling og ældning. Med undtagelse af den unikke Ti-2.5Cu-legering ligger oprindelsen af ​​varmebehandlingsreaktioner af titanlegeringer i højtemperaturfasens ustabilitet ved lavere temperaturer.
Opvarmning af en legering til opløsningsbehandlingstemperaturen giver et højere faseforhold. Denne opdeling af faser opretholdes ved quenching; ved efterfølgende ældning sker nedbrydning af den ustabile fase, hvilket giver høj styrke. Kommercielle legeringer leveres generelt i opløsningsbehandlet tilstand og skal kun ældes. Opløsningsbehandling af titanlegeringer involverer generelt opvarmning til temperaturer enten lidt over eller lidt under transustemperaturen.
(Beta)-legeringer fås normalt fra producenter i opløsningsbehandlet tilstand. Hvis genopvarmning er påkrævet, bør iblødsætningstiderne kun være så lange som nødvendigt for at opnå fuldstændig opløsning. Opløsningsbehandlingstemperaturer for legeringer er over transus; fordi der ikke er en anden fase til stede, kan kornvæksten forløbe hurtigt.
- (Alfa-beta) legeringer. Valg af opløsnings-behandlingstemperatur for - legeringer er baseret på kombinationen af ​​mekaniske egenskaber, der ønskes efter ældning. En ændring i opløsningsbehandlingstemperaturen af ​​- legeringer ændrer mængderne af fase og ændrer følgelig reaktionen på ældning.
For at opnå høj styrke med tilstrækkelig duktilitet er det nødvendigt at opløsningsbehandle ved en temperatur høj i feltet, normalt 25 til 85 grader (50 til 150 grader F) under transus af legeringen. Hvis høj brudsejhed eller forbedret modstand mod spændingskorrosion er påkrævet, kan udglødning eller opløsningsbehandling være ønskelig. Imidlertid forårsager varmebehandling - legeringer i området et betydeligt tab i duktilitet. Disse legeringer er normalt opløsningsvarmebehandlet under transus for at opnå en optimal balance mellem duktilitet, brudsejhed, krybning og spændingsbrudsegenskaber.

Slukning

Hvis legeringer hurtigt afkøles ved hjælp af quenching af vand fra hele beta-regionen, undertrykkes alfafasens tendens til at dannes, og betafasen bibeholdes. Visse legeringssammensætninger udviser imidlertid en ejendommelig transformation ved bratkøling. Denne mekanisme for martensitisk eller forskydningslignende transformation er ikke fuldstændigt forstået. Dannelsen af ​​denne struktur, den såkaldte alpha-prime, forårsager en vis forvrængning af gitteret. Denne forvrængning og den resulterende belastning producerer et materiale, som er hårdt og sejt, og som har bedre træthedsegenskaber end alfa. Denne bratkølingsproces er også startpunktet for temperering.

Temperering

Når titanium bratkøles fra en forhøjet temperatur, genopvarmes til en temperatur under beta-transus, holdes i længere tid og igen bratkøles, siges det at være blevet tempereret. Der findes tre variabler i temperering: de tilstedeværende faser, den afholdte tid og tempereringstemperaturen.

Når den oprindelige struktur indeholder alpha prime, sker der to ændringer: alpha prime transformeres til alpha, og på længere tidspunkter bliver alpha savtakket. Resultatet er et tab af hårdhed og styrke og en stigning i duktilitet og slag. Alfa-beta-strukturer følger dog ikke dette mønster. Alfaen forbliver primært uændret; betaen nedbrydes for at danne mere alfa på bekostning af betafasen. Ved lave temperaturer vil der blive dannet mere alfa; således resulterer lave anløbningstemperaturer i et større fald i styrke og hårdhed og en større stigning i duktilitet end højtemperaturanløbning over identiske tidsintervaller.

Isotermisk transformation

Ved varmslukning af en legering fra hele beta-området til temperaturer i alfa-beta-feltet og fastholdelse i en periode og derefter yderligere quenching til stuetemperatur, omdannes materialet isotermisk. Behandling på denne måde forårsager udfældning af alfafasen fra beta. Ved høje temperaturer udfældes alfa først ved korngrænser og senere inden for beta-kornene selv.
Denne behandling, når den holdes ved temperaturer lige under transformationstemperaturen, giver først et meget hårdt materiale på grund af dannelsen af ​​beta-prime. Hvis holdetiden forlænges, falder hårdheden og styrken med en medfølgende stigning i duktilitet og sejhed. Ved lavere temperaturer sker en gradvis stigning i hårdhed og skørhed, og ved længere tid kan der opnås en højere hårdhed end ved kortvarige højtemperaturbehandlinger.

(Fortsættes)