Tehnologija termomehaničke obrade za -legure titanijuma

-Legure titanijuma postale su jedno od istraživačkih žarišta materijala od legura titanijuma zbog svoje odlične toplotne i hladne obradivosti, podesivih mehaničkih svojstava i stabilnosti u širokom temperaturnom opsegu. Kombinovana plastična deformacija sa termičkom obradom, termomehanička obrada (TMP) može efikasno optimizovati mikrostrukturu -titanijumskih legura za preciznu regulaciju mehaničkih svojstava. primjene visokih{4}}primjena -legura titanijuma.

 

 

Analiza svojstava legura beta titanijuma

 

 

Srž leži u sinergističkom efektu "deformacijom{0}}indukovane mikrostrukturne evolucije" i "faza taloženja kontroliranih toplinskom obradom-", koji precizno reguliše ponašanje kristalnih defekata tokom deformacije i proces fazne transformacije/taloženja tokom termičke obrade kako bi se optimizirala mikrostruktura i svojstva materijala.

 

1.Deformacija-Obogaćivanje kristalnih defekata i rafiniranje zrna

Plastična deformacija stvara veliki broj dislokacija u -legurama titanijuma. Sa povećanjem količine deformacije, dislokacijsko klizanje i zaplitanje formiraju podstrukture, koje se dalje rafiniraju u ravnoosna podzrna ili rekristalizirana zrna kroz dinamički oporavak/rekristalizaciju. Fina zrna mogu poboljšati snagu kroz jačanje granica zrna i smanjiti koncentraciju naprezanja kako bi se povećala žilavost (efekat jačanja finih-zrna). Temperatura deformacije određuje morfologiju mikrostrukture: deformacija u -faznoj regiji teži da dobije uniformna i fina zrna, dok deformacija u +dvofaznoj-faznoj regiji formira složenu rafiniranu dvofaznu strukturu.

 

2.Sinergijska regulacija faza transformacije i precipitacije

Kontrolom brzine hlađenja i procesa starenja, reguliše se transformacija -faze u -fazu i ω-fazu:

-faza je glavna faza jačanja. Defekti kristala uneseni deformacijom stvaraju mjesta nukleacije, omogućavajući mu da se taloži u dispergiranom i finom obliku, što ometa kretanje dislokacije kako bi se postiglo taložno jačanje. Nisko-starenje formira iglatu/lamelarnu -fazu, dok -starenje na visokim temperaturama formira sfernu -fazu (uravnotežuje snagu i žilavost).

Iako ω-faza značajno poboljšava čvrstoću, ona naglo smanjuje žilavost, pa ju je potrebno izbjegavati ili inhibirati kontrolom brzine hlađenja i sastava legure.

 

3.Relaksacija stresa i optimizacija mikrostrukturne stabilnosti

Proces zagrijavanja termičke obrade promovira atomsku difuziju, ostvarujući anihilaciju dislokacija i eliminaciju zaostalih naprezanja, čime se izbjegava deformacija i pucanje tokom naknadne obrade/servisa. Stabilizuje deformaciju-indukovanu finozrnastu strukturu-, poboljšava njenu termičku stabilnost i sprečava rast zrna u radu na visokim{3}}ima. Ovaj efekat omogućava performanse obrade materijala, stabilnost dimenzija i vijek trajanja, što ga čini pogodnim za visoke-temperature i visoke- radne uvjete kao što je svemir.

 

 

1. Core Process Routes

Deformacija u -faznoj regiji + starenje: Zagrijte do -fazne regije (50-150 stepeni iznad -transusne temperature), deformirajte, zatim brzo ohladite na sobnu temperaturu i izvršite tretman starenja. Ovim postupkom se dobijaju ujednačeno rafinirana zrna i dispergovane -faze, i pogodan je za strukturne komponente visoke- i visoke žilavosti.

 

Deformacija u +dvofaznom-faznom području + starenje: zagrijavanje do +dvofazne regije-(između -transusne temperature i sobne temperature), deformacija radi pročišćavanja strukture kroz dvofazni interfejs-i starenje nakon hlađenja. Ima i visoku čvrstoću i odlične performanse zamora, i pogodan je za komponente koje opterećuju{8}}kao što su lopatice avio-motora.

Za legure sa posebnim zahtjevima, kompozitni procesi kao što su deformacijsko-postepeno starenje i izotermna termomehanička obrada mogu se usvojiti radi optimizacije performansi.

 

2.Ključna kontrola parametara procesa

• Temperatura deformacije (Mainparametar)

-fazni region: Kontrolisano na -transus +50 stepen ~ -transus +100 stepen kako bi se osigurala dinamička rekristalizacija i pročišćavanje zrna;

+ dvofazni region: -transus -50 stepeni ~ -transus -100 stepeni, zadržavajući 10%-30% -fazu za pročišćavanje strukture kroz dvofaznu sinergiju;

Ključna tačka: Previše visoka temperatura dovodi do grubosti zrna, dok preterano niska temperatura povećava otpornost na deformacije i ima tendenciju da izazove pucanje.

 

• Količina i brzina deformacije

Količina deformacije: 30%-70%. Prekomjerno velika deformacija je sklona pucanju, dok je prekomjerno mala deformacija teško oplemeniti strukturu;

Brzina deformacije: Srednja-mala brzina (0,1-10 s⁻¹) kako bi se izbjegao rast zrna uzrokovan adijabatskim zagrijavanjem; za legure koje se-teško deformišu, brzina se može smanjiti ili se može usvojiti postepena deformacija.

 

• Brzina hlađenja i parametri starenja

Hlađenje: Brzo hlađenje (vodeno hlađenje/hlađenje ulja) kako bi se dobio prezasićeni čvrsti rastvor, postavljajući temelj za jačanje starenja; pretjerano sporo hlađenje će smanjiti snagu;

Starenje: Niska temperatura (350-450 stepeni, 1-4h) formira fine iglaste -faze sa značajnim efektom jačanja; srednja{7}}visoka temperatura (450-600 stepeni, 4-8h) dobija sferne/kratke štapićaste faze, balansirajuću snagu i žilavost; hlađenje zrakom nakon starenja je dovoljno da se izbjegne zaostali stres.

 

 

 

Detaljni fazni dijagram faznog sastava legure titana naspram koncentracije -stabilizujućih elemenata i temperature

 

 

Comparison Dimension	Visoka-Stabilnost -Legura titanijuma	Srednja-Stabilnost -Legura titanijuma	Niska-Stabilnost -Legura titanijuma
Reprezentativne legure	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
Osnovne karakteristike	Visok sadržaj -stabilizujućih elemenata, održavanje stabilne -faze na sobnoj temperaturi, a -faza se teško taloži	Umjeren sadržaj -stabilizujućih elemenata, koji imaju dobru deformabilnost i aktivnost fazne transformacije, najčešće korišteni	Nizak sadržaj -stabilizujućih elemenata, loša -fazna stabilnost i sklona → faznoj transformaciji na sobnoj temperaturi
Mehanizam odgovora na TMP	Deformacija u -faznom području postiže dinamičku rekristalizaciju (fina zrna), a starenje na 500-650 stepeni taloži malu količinu dispergovanih -faza i TiAl jedinjenja, uz sinergijsko jačanje "deformacije + starenje"	Deformacija u +dvofaznoj regiji-razbija -faze i obogaćuje -fazne dislokacije; nakon brzog hlađenja + starenja, taloži se veliki broj dispergovanih igličastih/lamelarnih -faza, sa sinergijskim finim-jačanjem zrna i jačanjem padavina	Defekti kristala uneseni deformacijom ubrzavaju faznu transformaciju, a veliki broj -faza može taložiti hlađenjem zrakom bez dodatnog tretmana starenjem