Jaké změny nastávají v kovové struktuře titanových slitin po procesu tepelného zpracování?

1.1 Žíhání na odlehčení pnutí Hlavním účelem žíhání na odlehčení pnutí je eliminovat vnitřní pnutí vznikající při zpracování za studena, deformaci za studena a svařování titanových slitin. Přítomnost těchto vnitřních pnutí může způsobit deformaci, praskání a další problémy při následném zpracování nebo použití dílů z titanové slitiny, a tím ovlivnit jejich výkon a životnost. Proto se proces žíhání s odlehčením pnutí obvykle aplikuje po procesech, jako je kování za tepla, odlévání, tváření za studena, řezání, obrábění a svařování. Během procesu žíhání pro odlehčení pnutí je velmi zásadní volba teploty a času žíhání. U tepelně-zpracovatelných titanových slitin se teplota rekrystalizace obecně používá k žíhání, přičemž se k odstranění pnutí využívá mechanismus obnovy. Titanium Home uvádí, že přesným řízením parametrů žíhání je možné účinně eliminovat vnitřní pnutí a zároveň se vyhnout nepříznivým vlivům na ostatní vlastnosti slitiny titanu. Ve skutečné výrobě různé podniky provedly velké množství experimentů a optimalizací parametrů žíhání pro odlehčení pnutí, aby byla zajištěna kvalita produktu.

1.2 Úplné žíhání Také známé jako rekrystalizační žíhání, jeho účelem je získat rekrystalizovanou strukturu, čímž se zlepší plasticita materiálu. Většina titanových slitin a + duplexních titanových slitin se používá ve stavu rekrystalizačního žíhání. slitiny titanu: Teplota žíhání je obvykle nastavena na 120-200 stupňů pod bodem fázové transformace. Pokud je teplota žíhání příliš vysoká, způsobí to zhrubnutí zrna, čímž se sníží komplexní výkon materiálu; zatímco nižší teplota bude mít za následek neúplnou rekrystalizaci a plasticita materiálu nemůže dosáhnout ideálního stavu. Protože rychlost chlazení má malý vliv na strukturu a výkon titanových slitin, často se pro chlazení používá metoda chlazení vzduchem. Titanium Home uvádí, že některé podniky vyrábějící součásti pro letectví a kosmonautiku při výrobě dílů z titanové slitiny přísně provádějí žíhání v tomto teplotním rozsahu, aby byla zajištěna plasticita a zpracovatelnost dílů. Blízké titanové slitiny a + duplexní titanové slitiny: Během procesu žíhání dojde kromě rekrystalizace také ke změnám fáze a fáze, což zkomplikuje stanovení teploty žíhání a způsob chlazení. K určení optimálních parametrů procesu je třeba komplexně zvážit různé faktory a prostřednictvím velkého počtu experimentů a nahromadění zkušeností. Titanium Home zmínil, že výzkumníci provedli hloubkové studie těchto slitin a průběžně optimalizovali proces žíhání pomocí kombinace matematického modelování a experimentálního ověřování. Metastabilní slitiny titanu: Úplné žíhání je obvykle kombinováno s roztokem a teplota žíhání je obecně nad 80-100 stupňů + / bodu fázové transformace. Tato metoda úpravy může umožnit slitině získat dobrou strukturu a výkon. Titanium Home uvádí, že metastabilní slitiny titanu používané v oblasti námořního inženýrství se po tomto zpracování mohou lépe přizpůsobit drsnému mořskému prostředí a zlepšit životnost.

1.3 Léčba roztokem a ošetření stárnutím Účelem ošetření roztokem je získat metastabilní fáze, které mohou být zesíleny stárnutím, jako je ′ martenzit, ″ martenzit nebo metastabilní fáze. Tyto metastabilní fáze se během následného procesu stárnutí rozloží, čímž se vytvoří jemné rovnovážné fáze, čímž se vyvolá efekt zpevňování precipitace a výrazně se zvýší tvrdost a pevnost materiálu. Teplota roztoku je obvykle o 40 až 100 stupňů nižší než +/fázový transformační bod, což umožňuje tvorbu primární fáze a fáze, přičemž se zabrání nadměrnému hrubnutí zrn. Způsoby chlazení po úpravě roztokem obvykle zahrnují kalení vodou a kalení olejem. Vodní kalení je běžnější, protože může dosáhnout vyšší rychlosti ochlazování, což usnadňuje tvorbu požadovaných metastabilních fází. Zpevnění stárnutím je patrnější u titanových slitin s vysokým -obsahem stabilizačních prvků, zatímco jeho účinek je relativně slabý u slitin blízkých{10}} a + dvou{12}}fázových slitin titanu s nižším -obsahem stabilizačních prvků. Proto je v praktických aplikacích nutné rozumně volit procesní parametry pro úpravu roztokem a stárnutím na základě specifických požadavků na složení a vlastnosti titanové slitiny. Společnost Titanium Home uvedla, že některé špičkové{16}}podniky vyrábějící zdravotnická zařízení dosáhly materiálů pro implantáty ze slitiny titanu s dostatečnou pevností a dobrou biokompatibilitou přesným řízením parametrů řešení a stárnutí.

2.1 Změny mikrostruktury během ohřevu

2.1.1 Rekrystalizace a regenerace Během procesu ohřevu za studena-zpracovaných titanových slitin je prvním jevem, ke kterému dochází, rekrystalizace. Během tohoto procesu lze prostřednictvím pohybu vakancí a dislokací eliminovat druhý typ vnitřního napětí vznikajícího při deformaci. Teplota rekrystalizace je obecně nižší než teplota rekrystalizace a obvykle se vyskytuje mezi 450 a 640 stupni. Při dalším zvyšování teploty se v deformované mikrostruktuře objeví nová nezkreslená rovnoosá zrna, která postupně nahrazují deformovaná zrna, což má za následek snížení tvrdosti a pevnosti materiálu a zlepšení plasticity. Tento proces se nazývá rekrystalizace. Když dojde k rekrystalizaci, různé typy titanových slitin budou vykazovat různé chování. U téměř{10}} slitin a slitin + je často pozorováno fázové rozpouštění a změny obsahu fáze; u slitin je zahrnut i proces přetavování. Obecně je vzhledem k omezené schopnosti titanových slitin k deformaci za studena obtížné zjemnit zrna slitiny prostřednictvím deformace a rekrystalizace. Avšak u slitin titanu, které mají silnou schopnost deformace za studena, lze k dosažení určitého stupně zjemnění použít deformaci a rekrystalizaci. U + dvoufázových{16}}titanových slitin lze také použít deformaci a rekrystalizaci ke zjemnění mikrostruktury slitiny a zlepšení její plasticity. Zprávy Titanium Home naznačují, že výzkumný tým provedl-hloubkové studie procesů regenerace a rekrystalizace různých slitin titanu, které poskytují teoretický základ pro optimalizaci procesů tepelného zpracování.

2.1.2 Fázová a fázová přeměna Když teplota ohřevu překročí bod → fázové přeměny, začnou se krystalové typy fáze a fáze přeměňovat ve slitinách titanu. U čistého titanu je transformační teplota přibližně 875 ± 5 stupňů. Během transformace fáze ↔ zůstává Burgersův vztah orientace nezměněn, tj. (110) // (0001) ; [111] // [11 2 0] . Tento specifický vztah orientace má významný vliv na mikrostrukturu a vlastnosti slitin titanu. Zprávy Titanium Home zdůrazňují, že pochopení tohoto vztahu orientace je zásadní pro řízení vývoje mikrostruktury a optimalizaci výkonu titanových slitin.

2.2 Změny mikrostruktury během ochlazování

2.2.1 Pomalé ochlazování Když jsou titanové slitiny pomalu ochlazovány z jednofázové oblasti do dvoufázové oblasti, často dochází k transformaci krystalového typu z fáze do fáze, přičemž se zachovává Burgersův vztah orientace: . Tento transformační proces je relativně pomalý a výsledná mikrostruktura je relativně jednotná. Titanium Home uvádí, že při výrobě některých produktů ze slitiny titanu s vysokými požadavky na stejnoměrnost mikrostruktury lze pomocí pomalého chlazení dosáhnout lepší kvality produktu.

2.2.2 Rychlé chlazení Během procesu rychlého chlazení jsou změny mikrostruktury titanových slitin složitější. Mohou nastat různé transformace, jako je martenzitická fázová transformace, zhášená ω fáze, přesycená fáze a zbytková vysokoteplotní fáze. Mezi produkty transformace patří ´, ", ω, podchlazená fáze, metastabilní fáze, přesycená fáze atd., v závislosti na obsahu -stabilizačních prvků. Různé produkty transformace budou mít různé účinky na vlastnosti slitin titanu, jako je martenzitická fázová transformace může zvýšit pevnost slitin titanu, ale může snížit jejich houževnatost. Titanium Home uvádí, že složení mikrostruktury a procesu, které vědci přesně řídili během ochlazování, přizpůsobují složení slitiny přesně tak, aby vyhovovalo chlazení požadavky různých aplikačních scénářů.

2.2.3 Metastabilní fáze generované rychlým ochlazením se během procesu stárnutí přemění na rovnovážné fáze. Tento proces zahrnuje rozklad metastabilních fází, rozklad přesycených fází a další jevy. Výše uvedená transformace je hlavním důvodem zpevnění titanových slitin tepelným zpracováním. Přiměřeným řízením teploty a doby zpracování stárnutím mohou slitiny titanu získat požadovanou mikrostrukturu a vlastnosti. Zpráva společnosti Titanium Home ukazuje, že v oblasti letectví a kosmonautiky je proces přeměny stárnutí titanových slitin přísně sledován, aby byl zajištěn stabilní a spolehlivý výkon součástí letadel.

2.2.4 Eutektická přeměna Eutektická přeměna slitin titanu se často vyskytuje u slitin obsahujících stabilní prvky titanu a rychlých eutektických slitin. Tato přeměna obvykle snižuje plasticitu materiálu a má nepříznivý vliv na vlastnosti materiálu. Ke zlepšení této situace lze provést izotermickou úpravu mikrostruktury, aby se získala bainitická nevrstvená mikrostruktura, čímž se zlepší komplexní vlastnosti materiálu. Titanium Home uvádí, že výzkumníci neustále zkoumali parametry procesu izotermického zpracování a úspěšně zlepšili plasticitu slitin titanu pro eutektické transformace, čímž rozšířili rozsah jejich použití.

2.2.5 Stresem{1}}indukovaná transformace fáze Metastabilní fáze se může přeměnit na martenzit působením napětí nebo stresu. Transformační produkty zahrnují hexagonální martenzit a ortorombický martenzit. Tento proces může generovat fázovou transformací-indukovaný plastický efekt, zvyšující prodloužení a rychlost zpevňování titanové slitiny. V praktických aplikacích lze tuto charakteristiku využít ke zlepšení tvářecího výkonu a odolnosti proti únavě dílů z titanové slitiny. Titanium Home uvádí, že {7} byly provedeny pokusy o zlepšení výkonu fáze výroby automobilových komponentů, pokusy díly ze slitiny titanu.

Závěrem lze říci, že proces tepelného zpracování a změny mikrostruktury titanových slitin je komplexní a důležitou oblastí výzkumu. Zprávy společnosti Titanium Home představily nejnovější výsledky výzkumu a praktické případy použití v průmyslu. Díky hlubokému pochopení procesu tepelného zpracování a zákonů změny mikrostruktury titanových slitin můžeme rozumněji vybrat a navrhnout parametry procesu tepelného zpracování, čímž získáme materiály ze slitiny titanu s vynikajícími vlastnostmi, splňující požadavky různých inženýrských oborů. V budoucnu, s neustálým prohlubováním výzkumu a neustálým pokrokem v technologii, budou vyhlídky použití titanových slitin širší.