Titano ir titano lydinių terminis apdorojimas (1)
Terminis apdorojimas – tai procesas, kurio metu kontroliuojamas metalų kaitinimas ir aušinimas atliekamas labai tiksliomis aplinkos sąlygomis, siekiant pakeisti fizines ar mechanines metalo savybes, nekeičiant gaminio formos. Jei terminis apdorojimas nebus atliktas teisingai, metalas gali nepasiekti norimų savybių, reikalingų, kad atitiktų inžinierių projekto specifikacijas.
Terminis apdorojimas paprastai siejamas su medžiagos stiprumo didinimu, tačiau jis taip pat dažnai naudojamas siekiant pagerinti apdirbamumą, formuojamumą, plastiškumą arba atsparumą korozijai. Todėl tai yra kritinis procesas, užtikrinantis, kad būtų pasiektos nurodytos metalo savybės.
Titano lydinių terminio apdorojimo pranašumai:
Sumažinkite gamybos metu susidariusius liekamuosius įtempius (įtempių mažinimas)
Sukurkite optimalų lankstumo, apdirbamumo ir matmenų bei konstrukcijos stabilumo derinį (atkaitinimas)
Padidinti stiprumą (gydymas tirpalu ir senėjimas)
Optimizuokite specialias savybes, tokias kaip atsparumas plyšimui, atsparumas nuovargiui ir atsparumas valkšnumui aukštoje temperatūroje
Titanas mažina stresą
Titanas ir titano lydiniai gali būti sumažinti įtempiams nepažeidžiant stiprumo ar lankstumo.
Įtampą mažinančios procedūros sumažina nepageidaujamus liekamuosius įtempius, atsirandančius dėl, pirma, nevienodo karštojo kalimo arba deformacijos šalto formavimo ir tiesinimo, antra, asimetrinio plokščių ar kaltinių apdirbimo ir, trečia, liejinių suvirinimo ir aušinimo. Tokių įtempių pašalinimas padeda išlaikyti formos stabilumą ir pašalina nepalankias sąlygas, tokias kaip gniuždomosios takumo ribos praradimas, paprastai žinomas kaip Bauschinger efektas.
Streso mažinimas yra turbūt labiausiai paplitęs titano ir titano lydinių terminis apdorojimas. Naudojamas norint sumažinti nepageidaujamus liekamuosius įtempius, atsirandančius dėl nevienodos karšto kalimo deformacijos, nevienodo šaltojo formavimo ir tiesinimo, asimetrinio plokščių (kalimo) arba kaltinių apdirbimo, kaltinių, lietinių ar miltelinės metalurgijos (P/M) dalių suvirinimo ir liejinių aušinimas.
Įtempių mažinimas padeda išlaikyti formos stabilumą ir taip pat gali pašalinti nepalankias sąlygas, tokias kaip gniuždymo takumo ribos praradimas – Bauschinger efektas – kuris gali būti ypač stiprus titano lydiniuose. Įtampą galima sumažinti nedarant neigiamo poveikio stiprumui ar lankstumui.
Atkaitinimas
Titano ir titano lydinių atkaitinimas visų pirma skirtas padidinti atsparumą lūžiams, plastiškumą kambario temperatūroje, matmenų ir terminį stabilumą bei atsparumą šliaužimui. Daugelis titano lydinių yra naudojami atkaitintoje būsenoje. Kadangi vienos ar kelių savybių pagerėjimas paprastai pasiekiamas kai kurių kitų savybių sąskaita, atkaitinimo ciklas turi būti parinktas pagal apdorojimo tikslą.
Įprasti atkaitinimo būdai yra šie:
Malūninis atkaitinimas yra bendros paskirties visų malūnų produktų apdorojimas. Tai nėra pilnas atkaitinimas ir gali palikti šalto arba šilto apdorojimo pėdsakus stipriai apdorotų gaminių, ypač lakštų, mikrostruktūrose.
Dvipusis atkaitinimas pakeičia fazių formas, dydžius ir pasiskirstymą, kad būtų pagerintas atsparumas valkšnumui arba atsparumas lūžiams. Pavyzdžiui, Corona 5 lydinio dvipusio atkaitinimo metu pirmasis atkaitinimas yra šalia transus, kad būtų globuliarizuota deformuota dalis ir sumažinta jo tūrinė dalis. Po to seka antrasis atkaitinimas žemesnėje temperatūroje, kad tarp rutulinių dalelių nusodintų naujas lęšinis (akušuotas). Šis smaigalio susidarymas yra susijęs su pagerėjusiu valkšnumo stiprumu ir atsparumu lūžiams.
Rekristalizacinis atkaitinimas ir atkaitinimas naudojami siekiant pagerinti atsparumą lūžiams. Atkaitinant perkristalizaciją, lydinys kaitinamas iki viršutinio diapazono galo, palaikomas tam tikrą laiką, o po to labai lėtai atšaldomas. Pastaraisiais metais atkaitinimas rekristalizaciniu būdu pakeitė lūžiams svarbių lėktuvo sklandmens komponentų atkaitinimą.
(Beta) Atkaitinimas. Kaip ir atkaitinimas perkristalizuojant, atkaitinimas pagerina atsparumą lūžiams. Beta atkaitinimas atliekamas esant aukštesnei nei atkaitinamo lydinio transus temperatūrai. Norint išvengti per didelio grūdų augimo, atkaitinimo temperatūra turi būti tik šiek tiek aukštesnė nei transus. Atkaitinimo laikas priklauso nuo sekcijos storio ir turėtų būti pakankamas visiškam transformavimui. Temperatūros laikas po transformacijos turi būti sumažintas iki minimumo, kad būtų kontroliuojamas grūdų augimas. Didesnės dalys turi būti vėsinamos ventiliatoriumi arba gesinamos vandeniu, kad grūdų ribose nesusidarytų fazė.
Sprendimas Gydymas ir senėjimas
Apdorojant tirpalu ir sendinant galima gauti įvairių stiprumo lygių arba lydinių. Išskyrus unikalų Ti-2.5Cu lydinį, titano lydinių terminio apdorojimo reakcijų priežastis yra aukštos temperatūros fazės nestabilumas žemesnėje temperatūroje.
Kaitinant lydinį iki tirpalo apdorojimo temperatūros, gaunamas didesnis fazių santykis. Šis fazių padalijimas palaikomas gesinant; vėlesniam senėjimui nestabili fazė suyra ir užtikrina didelį stiprumą. Komerciniai lydiniai paprastai tiekiami apdoroti tirpalu ir turi būti tik sendinti. Titano lydinių apdorojimas tirpalu paprastai apima kaitinimą iki temperatūros, kuri yra šiek tiek aukštesnė arba šiek tiek žemesnė už transusinę temperatūrą.
(Beta) lydiniai paprastai gaunami iš gamintojų, apdoroti tirpalu. Jei reikia pakartotinai pašildyti, mirkymo laikas turėtų būti tik tiek, kiek reikia, kad būtų pasiektas visiškas tirpalas. Lydinių tirpalo apdorojimo temperatūra yra aukštesnė už transusą; Kadangi antrosios fazės nėra, grūdų augimas gali vykti greitai.
- (Alfa-beta) lydiniai. Lydinių tirpalo apdorojimo temperatūros parinkimas pagrįstas mechaninių savybių, pageidaujamų po senėjimo, deriniu. Pasikeitus lydinių tirpalo apdorojimo temperatūrai, keičiasi fazės kiekis ir atitinkamai reakcija į senėjimą.
Norint gauti didelį stiprumą ir tinkamą lankstumą, tirpalu reikia apdoroti aukštoje lauko temperatūroje, paprastai 25–85 laipsniais (50–150 laipsnių F) žemiau lydinio transus. Jei reikalingas didelis atsparumas lūžiams arba didesnis atsparumas korozijai, gali būti pageidautinas atkaitinimas arba apdorojimas tirpalu. Tačiau terminis apdorojimas - lydiniai, esantys diapazone, labai sumažina plastiškumą. Šie lydiniai paprastai yra termiškai apdorojami po transusu, kad būtų pasiekta optimali plastiškumo, atsparumo lūžiams, valkšnumo ir įtempių plyšimo savybių pusiausvyra.
Gesinimas
Jei lydiniai greitai atšaldomi vandeniu gesinant iš visos beta srities, alfa fazės formavimosi tendencija slopinama, o beta fazė išlieka. Tačiau tam tikros lydinių kompozicijos gesinant pasižymi savotiška transformacija. Šis martensitinės ar šlyties formos transformacijos mechanizmas nėra visiškai suprantamas. Šios struktūros, vadinamojo alfa pirminio, susidarymas sukelia tam tikrą gardelės iškraipymą. Dėl šio iškraipymo ir atsirandančios deformacijos susidaro kieta ir kieta medžiaga, kuri pasižymi geresnėmis nuovargio savybėmis nei alfa. Šis gesinimo procesas taip pat yra pradinis grūdinimo taškas.
Grūdinimas
Kai titanas gesinamas aukštesnėje temperatūroje, vėl kaitinamas iki žemesnės nei beta transuso temperatūros, palaikomas ilgą laiką ir vėl gesinamas, sakoma, kad jis buvo grūdintas. Grūdinant yra trys kintamieji: esamos fazės, laikas ir grūdinimo temperatūra.
Kai pradinėje struktūroje yra alfa pradas, įvyksta du pokyčiai: alfa pirminis dydis virsta alfa, o ilgesniu laiku alfa tampa dantytas. Dėl to prarandamas kietumas ir stiprumas, padidėja plastiškumas ir smūgis. Tačiau alfa-beta struktūros nesilaiko šio modelio. Alfa pirmiausia lieka nepakitusi; beta suyra, kad susidarytų daugiau alfa beta fazės sąskaita. Esant žemai temperatūrai, susidarys daugiau alfa; taigi, esant žemai grūdinimo temperatūrai, stiprumas ir kietumas labiau sumažėja, o plastiškumas padidėja, nei grūdinimas aukštoje temperatūroje per vienodus laiko intervalus.
Izoterminė transformacija
Karštai gesinant lydinį iš visos beta srities iki temperatūrų alfa-beta lauke ir palaikius tam tikrą laiką, o vėliau gesinant iki kambario temperatūros, medžiaga paverčiama izotermiškai. Gydymas tokiu būdu sukelia alfa fazės nusodinimą iš beta. Esant aukštai temperatūrai, alfa nusėda pirmiausia ties grūdelių ribomis, o vėliau – pačiuose beta grūduose.
Šis apdorojimas, kai temperatūra yra šiek tiek žemesnė už transformacijos temperatūrą, iš pradžių suteikia labai kietą medžiagą dėl beta pirminio susidarymo. Jei laikymo laikas pailgėja, kietumas ir stiprumas mažėja, kartu didėja plastiškumas ir kietumas. Esant žemesnei temperatūrai, palaipsniui didėja kietumas ir trapumas, o ilgesnį laiką gali būti gaunamas didesnis kietumas nei trumpai apdorojant aukštoje temperatūroje.
(Tęsinys)
