Termomechaninio -titano lydinių apdorojimo technologija

-titano lydiniai tapo vienu iš titano lydinių medžiagų tyrimų taškų dėl puikaus apdirbimo karštu ir šaltu būdu, reguliuojamų mechaninių savybių ir stabilumo plačiame temperatūrų diapazone. Sujungus plastinę deformaciją su terminiu apdorojimu, termomechaniniu apdorojimu (TMP) galima efektyviai optimizuoti -titano mikrostruktūrą. didelio -našumo -titano lydinių pritaikymas.

 

 

Beta titano lydinių savybių analizė

 

 

Esmė yra sinergetinis „deformacijos -sukeltas mikrostruktūros evoliucijos“ ir „terminio apdorojimo-kontroliuojamų kritulių fazių“ poveikis, kuris tiksliai reguliuoja kristalų defektų elgesį deformacijos metu ir fazių transformacijos / nusodinimo procesą terminio apdorojimo metu, siekiant optimizuoti medžiagos mikrostruktūrą ir savybes.

 

1.Deformacija{0}}Sukeltas kristalų defektų sodrinimas ir grūdelių rafinavimas

Dėl plastinės deformacijos -titano lydiniuose susidaro daug išnirimų. Didėjant deformacijos dydžiui, dislokacijos slydimas ir įsipainiojimas sudaro substruktūras, kurios dinamiškai atsistatant / perkristalizuojant toliau rafinuojamos į lygiagrečius subgrūdus arba perkristalizuotus grūdelius. Smulkūs grūdeliai gali pagerinti stiprumą stiprindami grūdelių ribas ir sumažinti įtempių koncentraciją, kad padidintų kietumą (smulkių grūdelių stiprinimo efektas). Deformacijos temperatūra lemia mikrostruktūros morfologiją: deformacija -fazinėje srityje linkusi gauti vienodus ir smulkius grūdelius, o deformacija + dvigubos-fazės srityje sudaro sudėtingą rafinuotą dviejų fazių struktūrą.

 

2.Sinergetinis fazių transformacijos ir kritulių fazių reguliavimas

Kontroliuojant aušinimo greitį ir senėjimo procesą, reguliuojamas -fazės transformavimas į -fazę ir ω-fazę:

-fazė yra pagrindinė stiprinimo fazė. Dėl deformacijos atsiradusių kristalų defektų susidaro branduolių susidarymo vietos, leidžiančios nusodinti išsklaidytą ir smulkią formą, o tai trukdo dislokacijos judėjimui, kad krituliai sustiprėtų. Senstant žemoje-temperatūroje susidaro smailinė / sluoksninė -fazė, o aukštoje{5}}temperatūroje formuojasi sferinė -fazė (subalansuoja stiprumą ir kietumą).

Nors ω-fazė žymiai pagerina stiprumą, ji smarkiai sumažina kietumą, todėl būtina to išvengti arba slopinti kontroliuojant aušinimo greitį ir lydinio sudėtį.

 

3.Streso atsipalaidavimas ir mikrostruktūros stabilumo optimizavimas

Šiluminio apdorojimo kaitinimo procesas skatina atomų difuziją, realizuodamas dislokacijos sunaikinimą ir liekamųjų įtempių pašalinimą, o tai leidžia išvengti deformacijos ir įtrūkimų tolesnio apdorojimo / aptarnavimo metu. Jis stabilizuoja deformacijos -sukeltą smulkių- grūdelių struktūrą, pagerina jos terminį stabilumą ir neleidžia grūdams augti aukštoje temperatūroje. Šis efektas užtikrina medžiagos apdirbimo našumą, matmenų stabilumą ir tarnavimo laiką, todėl ji tinka aukštai{5}}temperatūrai ir didelio{6}}įtempimo darbo sąlygoms, tokioms kaip aviacija.

 

 

1. Pagrindiniai proceso maršrutai

Deformacija -fazės srityje + senėjimas: pašildykite iki -fazės srities (50-150 laipsnių virš -transuso temperatūros), deformuokite, tada greitai atvėsinkite iki kambario temperatūros ir atlikite senėjimo gydymą. Taikant šį procesą gaunami tolygiai rafinuoti grūdeliai ir išsklaidytos -fazės, jis tinka didelio-stiprumo ir kietumo struktūriniams komponentams.

 

Deformacija + dvigubos-fazės srityje + senėjimas: kaitinama iki + dvigubos{4}}fazės srities (tarp -transus temperatūros ir kambario temperatūros), deformuojasi, kad patobulintų struktūrą per dviejų-fazių sąsają, ir sensta po aušinimo. Jis pasižymi dideliu stiprumu ir puikiomis nuovargio savybėmis ir tinka nuovargio{8}}apkrautiems komponentams, pvz., orlaivių variklių mentėms.

Lydiniams, kuriems taikomi specialūs reikalavimai, gali būti naudojami sudėtiniai procesai, pvz., deformacijos{0}}pakopinis sendinimas ir izoterminis termomechaninis apdorojimas, siekiant optimizuoti veikimą.

 

2.Key Process Parameter Control

• Deformacijos temperatūra (Pagrindinisparametras)

-fazės sritis: valdoma -transus +50 laipsniu ~ -transus +100 laipsniu, kad būtų užtikrinta dinaminė perkristalizacija ir grūdelių tobulinimas;

+ dviguba-fazė: -transus -50 laipsnių ~ -transus -100 laipsnių , išlaikant 10%-30% -fazę, kad struktūra būtų patobulinta naudojant dviejų fazių sinergiją;

Pagrindinis dalykas: per aukšta temperatūra sukelia grūdų rupėjimą, o per žema temperatūra padidina atsparumą deformacijai ir linkę sukelti įtrūkimus.

 

• Deformacijos dydis ir greitis

Deformacijos dydis: 30%-70%. Per didelė deformacija yra linkusi įtrūkti, o per maža deformacija yra sudėtinga patobulinti konstrukciją;

Deformacijos greitis: vidutinis-mažas greitis (0,1-10 s⁻¹), kad būtų išvengta grūdų augimo, kurį sukelia adiabatinis kaitinimas; sunkiai -deformuojamų lydinių atveju greitis gali būti sumažintas arba taikoma laipsniška deformacija.

 

• Aušinimo greitis ir senėjimo parametrai

Aušinimas: greitas aušinimas (aušinimas vandeniu / alyvos aušinimas), norint gauti persotintą kietą tirpalą, padedantį senėjimo stiprinimo pagrindą; pernelyg lėtas aušinimas sumažins stiprumą;

Senėjimas: Žemoje temperatūroje (350-450 laipsnių, 1-4 val.) susidaro smulkios aštrios -fazės, turinčios didelį stiprinamąjį poveikį; vidutinė-aukšta temperatūra (450–600 laipsnių, 4–8 val.) įgauna sferines / trumpas lazdeles primenančias fazes, subalansuojančią stiprumą ir kietumą; Oro aušinimo po senėjimo pakanka, kad būtų išvengta liekamojo įtempimo.

 

 

 

Išsami titano lydinio fazės sudėties ir -stabilizuojančių elementų koncentracijos ir temperatūros diagrama

 

 

Palyginimo matmenys	Didelio{0}}stabilumo -titano lydiniai	Vidutinis{0}}stabilumas -Titano lydiniai	Žemas-stabilumas -titano lydiniai
Reprezentaciniai lydiniai	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-1,5 mln.
Pagrindinės charakteristikos	Didelis -stabilizuojančių elementų kiekis, išlaikantis stabilią -fazę kambario temperatūroje, ir -fazę sunku nusodinti	Vidutinis -stabilizuojančių elementų kiekis, turintis gerą deformaciją ir fazės transformacijos aktyvumą, plačiausiai naudojamas	Mažas -stabilizuojančių elementų kiekis, prastas -fazės stabilumas ir polinkis į → fazės transformaciją kambario temperatūroje
Reagavimo į TMP mechanizmas	Deformuojant -fazės srityje pasiekiama dinaminė perkristalizacija (smulkios dalelės), o senstant 500-650 laipsnių temperatūroje, nusėda nedidelis kiekis dispersinių fazių ir TiAl junginių, sinergiškai sustiprinant „deformaciją + senėjimą“	Deformacija + dvigubos-fazės srityje sutraiško -fazes ir praturtina -fazių išnirimus; po greito aušinimo + senėjimo, nusėda daug išsklaidytų smailių/lamelinių -fazių su sinergetiniu smulkių-grūdelių ir kritulių stiprinimu	Dėl deformacijos atsiradę kristalų defektai pagreitina fazių transformaciją, o daug -fazių gali nusodinti oru aušinant be papildomo senėjimo apdorojimo.