Lennunduses, meditsiiniseadmetes, tipptasemel{0}}seadmete tootmises ja muudes valdkondades on titaanisulamist saanud asendamatu võtmematerjal tänu oma suurepärasele tugevusele, korrosioonikindlusele ja kergele kaalule. Titaanisulamite suurepärane jõudlus on lahutamatu kuumtöötlusprotsessi täpsest reguleerimisest ja protsessi käigus toimuvatest keerukatest struktuurimuutustest. Täna süveneme põhiteadmistesse titaanisulami kuumtöötlemise ja kudede muundamise kohta ning avastame selle "kosmosemetalli" taga oleva tehnilise koodi.
Titaanisulamite kuumtöötlemise mehaanilise muundamise seadus
Kuumtöötlemise olemus on juhtida titaanisulami sisestruktuuri korrapärast ümberkujundamist temperatuuri ja jahutuskiiruse reguleerimise kaudu. Alates kuumutamisest kuni jahutamiseni kuni vananemiseni läbib titaanisulamite struktuur mitmeid keerulisi muutusi, mis määravad otseselt materjali lõplikud omadused.
1. Kuumutamisprotsess: taastamise, ümberkristallimise ja faasi ülemineku "kolmik"
Kuumutamisel läbivad titaanisulamid tavaliselt samal ajal kristallvormi (üleminek faasi ja faasi vahel) ning kui tegemist on külm-deformeerunud titaanisulamiga, siis läbivad need ka taastumis- ja ümberkristallimisprotsessid, mis koos kujundavad pärast kuumutamist mikrostruktuuri.
(1) Taastamine ja ümberkristallimine: parandage deformeerunud struktuur ja optimeerige tera struktuuri
Pärast külmtöötlemist on titaanisulamil suur hulk deformatsioonist põhjustatud defekte (nagu nihestus ja vakantsus) ning pärast teatud temperatuurini kuumutamist toimub esmalt "taastumine": 450-640 kraadi juures (taastumistemperatuur on madalam kui ümberkristallimise temperatuur) kaob osa materjali sisemisest pingest läbi vaakumi aeglase liikumise, kuid vaakum nihkub ja jääb põhilise kujuga. muutmata.
Temperatuuri jätkudes tõusuteel hakkab toimuma "ümberkristallisatsioon": deformeerunud struktuuri ilmuvad järk-järgult uued mitte-moonutuste-vabad isoaksiaalsed terad ning need uued terad asendavad järk-järgult deformeerunud terad, vähendades lõpuks materjali kõvadust ja taastades selle plastilisuse. Erinevat tüüpi titaanisulamite ümberkristallimisomadused on ilmselgelt erinevad:
• titaanisulam: piiratud külmdeformatsioonivõime, deformatsiooni ja ümberkristallimise teel raskesti rafineeritavad terad;
• titaanisulam: tugev külmdeformatsioonivõime, mis võib deformatsiooni ja ümberkristallimise kaudu saavutada teatud tera rafineerimise;
• duplekstitaani sulam: deformatsiooni ja ümberkristallimise abil ei saa see mitte ainult struktuuri täpsustada, vaid ka plastilisust veelgi parandada.
(2) faasiüleminek faasi: kristallivormi "temperatuuri lüliti".
Kui kuumutamistemperatuur ületab → faasisiirdepunkti, käivitavad titaanisulamid kristallide ülemineku faasist faasi. Võttes näiteks puhta titaani, on selle faasisiirdetemperatuur umbes 875 ± 5 kraadi. Väärib märkimist, et Burgersi positsioonisuhe jääb muutumatuks kogu ↔ faasi ülemineku ajal, mis annab olulise aluse titaanisulamite häälestatavale struktuurile.
2. Jahutusprotsess: kiirus määrab koe ja kude määrab jõudluse
Jahutuskiirus on titaanisulamite lõplikku struktuuri mõjutav võtmetegur ning erinevatel jahutuskiirustel moodustavad titaanisulamid täiesti erineva mikrostruktuuri morfoloogia, mis omakorda näitab oluliselt erinevaid omadusi.
(1) Aeglane jahutamine: korrapärane üleminek, moodustades stabiilse faasi
Kui titaanisulam jahtub aeglaselt ühe-faasi piirkonnast kahe-faasi piirkonda, muutub faas järk-järgult faasiks ja need kaks järgivad rangelt Burgersi orientatsiooni seost: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0] . Selle korrapärase üleminekuga moodustatud struktuur on väga stabiilne, mis sobib stsenaariumide jaoks, millel on kõrged materjali stabiilsuse nõuded.
(2) Kiire jahutamine: kutsuge esile metastabiilne faas, et sillutada teed tugevnemisele
Kiire jahutamine (nt veega kustutamine) võib häirida titaanisulami struktuuri tasakaalu üleminekuprotsessi, mis võib esile kutsuda martensiitseid faasisiirdeid, summutatud ω faasi moodustumist, üleküllastunud faasi teket ja kõrgel{0}}temperatuuri jääkfaasis püsimist. Lõplikud muundumissaadused (nagu ', ', ω, ülejahutatud faas, metastabiilne faas, üleküllastunud faas) sõltuvad peamiselt stabiilsete elementide sisaldusest titaanisulamis, mis on järgneva vananemise tugevdamise "tuuma tooraine".
3. Vananemine: metastabiilne faas "transformatsioon", et saavutada jõudlushüpe
Kiire jahutamise teel tekkiv metastabiilne faas ei ole stabiilne ja muutub vananemisprotsessi käigus järk-järgult tasakaalufaasiks, millega kaasneb metastabiilse faasi lagunemine, üleküllastunud faasi lagunemine ja muud reaktsioonid. See protsess on peamine põhjus, miks titaanisulamid võivad kuumtöötlemise abil tugevust ja kõvadust parandada, ning see on ka võtmelüli titaanisulamite muutmisel põhivormist suure jõudlusega vormiks.
4. Kaas-analüüs ja transformatsioon: "plasti tapja", mille suhtes tuleb olla ettevaatlik
Titaanisulamite eutektilist üleminekut leidub tavaliselt sulamites, mis koosnevad stabiilsetest titaani elementidest ja kiiretest eutektilistest sulamitest, mis tavaliselt viib materjali plastilisuse vähenemiseni, mis ei ole hea materjali töötlemise ja hoolduse jaoks. Kuid koe isotermilisel töötlemisel pärast eutektilist transformatsiooni saab selle muuta Baini suuruse mitte-lamellseks koeks, mis leevendab teatud määral plastilisuse vähenemise probleemi.
5. Stressi-indutseeritud faasiüleminek: faasimuutuse-indutseeritud plastilisuse avamine
Metastabiilne faas muutub pinge või pinge all martensiitseks (nt kuusnurkne martensiit ", ortorombiline martensiit "), mida nimetatakse stressi-indutseeritud faasisiireteks. See üleminek võib tekitada "faasisiirde -indutseeritud plastilise efekti", mis parandab märkimisväärselt pikenemist ja pingutuse, kõvastumise ja kõvastumise tugevust. titaanisulamid keeruliste pingete korral (näiteks lennukite konstruktsiooniosad).
