Tehnologija termomehanske obdelave -titanovih zlitin

Tehnologija termomehanske obdelave -titanovih zlitin

-titanove zlitine so postale ena izmed žarišč raziskav v materialih iz titanovih zlitin zaradi svoje odlične vroče in hladne obdelovalnosti, nastavljivih mehanskih lastnosti in stabilnosti v širokem temperaturnem območju. Kombinirana plastična deformacija s toplotno obdelavo, termomehanska obdelava (TMP) lahko učinkovito optimizira mikrostrukturo -titanovih zlitin in doseže natančno regulacijo mehanskih lastnosti. Lahko zagotovi ključno tehnično podporo za visoko{4}}zmogljive aplikacije -titanovih zlitin.

 

Analiza lastnosti beta titanovih zlitin

 

Temeljna načelaTMPza -titanove zlitine

Bistvo je v sinergističnem učinku »mikrostrukturne evolucije-povzročene z deformacijo« in »faz-nadzorovanega izločanja s toplotno obdelavo«, ki natančno uravnava obnašanje kristalnih defektov med deformacijo in proces fazne transformacije/obarjanja med toplotno obdelavo za optimizacijo mikrostrukture in lastnosti materiala.

 

1.1Deformacija-inducirana obogatitev kristalnih napak in prečiščevanje zrn

Plastična deformacija povzroči veliko število dislokacij v -titanovih zlitinah. S povečanjem količine deformacije dislokacijski zdrs in prepletanje tvorita podstrukture, ki se z dinamično obnovitvijo/rekristalizacijo nadalje prečistijo v enakoosna podzrna ali prekristalizirana zrna. Drobna zrna lahko izboljšajo trdnost z ojačitvijo meja zrn in zmanjšajo koncentracijo napetosti, da povečajo žilavost (fin{3}}učinek ojačitve zrn). Temperatura deformacije določa morfologijo mikrostrukture: deformacija v -faznem območju teži k pridobitvi enakomernih in finih zrn, medtem ko deformacija v + dual-faznem območju tvori kompleksno rafinirano dvo-fazno strukturo.

 

1.2Sinergistična regulacija faz pretvorbe in obarjanja

Z nadzorom hitrosti ohlajanja in procesa staranja se uravnava pretvorba -faze v -fazo in ω-fazo:

-faza je glavna faza krepitve. Kristalne napake, uvedene z deformacijo, zagotavljajo mesta nukleacije, kar mu omogoča, da se obori v razpršeni in fini obliki, kar ovira gibanje dislokacij, da se doseže ojačitev padavin. Nizko{3}}temperaturno staranje tvori iglasto/lamelno -fazo, medtem ko-visokotemperaturno staranje tvori sferično -fazo (uravnavanje trdnosti in žilavosti).

Čeprav ω-faza bistveno izboljša trdnost, močno zmanjša žilavost, zato se ji je treba izogibati ali zavirati z nadzorovanjem hitrosti ohlajanja in sestave zlitine.

 

1.3Sprostitev napetosti in optimizacija mikrostrukturne stabilnosti

Postopek segrevanja toplotne obdelave spodbuja atomsko difuzijo, uresničuje anihilacijo dislokacij in odpravo preostale napetosti, kar preprečuje deformacije in razpoke med nadaljnjo obdelavo/storitvijo. Stabilizira deformacijsko-inducirano fino{2}}zrnato strukturo, izboljša njeno toplotno stabilnost in preprečuje rast zrn pri visoki-temperaturni uporabi. Ta učinek omogoča obdelavo materiala, dimenzijsko stabilnost in življenjsko dobo, zaradi česar je primeren za visoke-temperature in visoke-napetostne delovne pogoje, kot je letalstvo.

 

II. Nadzor procesov in parametrovTMPza -titanove zlitine

2.1 Poti osnovnega procesa

Deformacija v -faznem območju + staranje: segrejte na -fazno območje (50-150 stopinj nad -transus temperaturo), deformirajte, nato hitro ohladite na sobno temperaturo in izvedite obdelavo staranja. S tem postopkom dobimo enakomerno prečiščena zrna in razpršene -faze ter je primeren za strukturne komponente z visoko-trdnostjo in visoko žilavostjo.

Deformacija v + dvo{1}}faznem območju + staranje: segrejte na + dvojno-fazno območje (med -transus temperaturo in sobno temperaturo), deformirajte, da izboljšate strukturo prek dvo-faznega vmesnika, in starajte po ohlajanju. Ima visoko trdnost in odlično odpornost proti utrujenosti ter je primeren za komponente,-obremenjene z utrujenostjo, kot so lopatice letalskih motorjev.

Za zlitine s posebnimi zahtevami je mogoče uporabiti kompozitne postopke, kot sta deformacijsko-stopenjsko staranje in izotermna termomehanska obdelava, da se optimizira zmogljivost.

 

2.2 Nadzor ključnih procesnih parametrov

1. Temperatura deformacije (Glavniparameter)

-fazno območje: nadzorovano na -transus +50 stopnji ~ -transus +100 stopnji, da se zagotovi dinamična rekristalizacija in prečiščenost zrn;

+ dvojno{1}}fazno območje: -transus -50 stopinj ~ -transus -100 stopinj, ohranjanje 10%-30% -faze za izboljšanje strukture z dvofazno sinergijo;

Ključna točka: Previsoka temperatura vodi do grobljenja zrn, medtem ko prenizka temperatura poveča odpornost proti deformacijam in lahko povzroči razpoke.

 

2. Količina in stopnja deformacije

Količina deformacije: 30% -70%. Preveč velika deformacija je nagnjena k pokanju, medtem ko je pri pretirano majhni deformaciji težko izboljšati strukturo;

Hitrost deformacije: Srednje-nizka hitrost (0,1-10 s⁻¹), da se prepreči rast zrn zaradi adiabatnega segrevanja; za zlitine,-ki jih je težko deformirati, je mogoče hitrost zmanjšati ali uporabiti postopno deformacijo.

3. Hitrost hlajenja in parametri staranja

 

Hlajenje: Hitro hlajenje (vodno hlajenje/oljno hlajenje) za pridobitev prenasičene trdne raztopine, ki postavlja temelje za krepitev staranja; prepočasno ohlajanje bo zmanjšalo moč;

Staranje: nizka temperatura (350-450 stopinj, 1-4h) tvori fine igličaste -faze s pomembnim učinkom krepitve; srednja-visoka temperatura (450-600 stopinj, 4-8h) dobi sferične/kratke paličaste -faze, uravnoteženje moči in žilavosti; zračno hlajenje po staranju zadostuje, da se izognemo preostali napetosti.

 

III. Značilnosti različnih -titanovih zlitin do

TMP

Podroben fazni diagram fazne sestave titanove zlitine v primerjavi s koncentracijo -stabilizacijskih elementov in temperaturo

 

 

Primerjalna dimenzija	Visoko{0}}stabilnost -titanovih zlitin	Srednje{0}}stabilnost -titanovih zlitin	Nizko{0}}stabilnost -titanovih zlitin
Reprezentativne zlitine	Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, Ti-10V-2Fe-3Al	Ti-6Al-4V ELI, Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr	Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-2Al-1,5Mn
Glavne značilnosti	Visoka vsebnost -stabilizacijskih elementov, ohranja stabilno -fazo pri sobni temperaturi in -fazo je težko obarjati	Najpogosteje uporabljena zmerna vsebnost -stabilizacijskih elementov, ki imajo dobro deformabilnost in aktivnost fazne transformacije	Nizka vsebnost -stabilizacijskih elementov, slaba -fazna stabilnost in nagnjenost k → fazni transformaciji pri sobni temperaturi
Odzivni mehanizem na TMP	Deformacija v -faznem območju doseže dinamično rekristalizacijo (fina zrna), staranje pri 500-650 stopinjah pa obori majhno količino dispergiranih -faz in spojin TiAl s sinergistično krepitvijo "deformacije + staranja"	Deformacija v + dvo{1}}faznem območju zdrobi -faze in obogati -fazne dislokacije; po hitrem ohlajanju + staranju se izloči veliko število razpršenih iglastih/lamelarnih -faz, s sinergistično fino{6}}ojačitvijo zrn in ojačitvijo izločanja	Kristalne napake, uvedene z deformacijo, pospešijo fazno transformacijo in veliko število -faz se lahko obori z zračnim hlajenjem brez dodatnega staranja