Τεχνολογία θερμομηχανικής επεξεργασίας για -κράματα τιτανίου

-τα κράματα τιτανίου έχουν γίνει ένα από τα κύρια σημεία έρευνας στα υλικά από κράμα τιτανίου λόγω της εξαιρετικής εργασιμότητας σε ζεστό και κρύο, ρυθμιζόμενες μηχανικές ιδιότητες και σταθερότητα σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών. Η συνδυασμένη πλαστική παραμόρφωση με θερμική επεξεργασία, θερμομηχανική επεξεργασία (TMP) μπορεί να βελτιστοποιήσει αποτελεσματικά τη μικροδομή του -και να επιτύχει την τεχνική υποστήριξη των ιδιοτήτων του τιτανίου με ακρίβεια. Εφαρμογές υψηλής απόδοσης-κραμάτων τιτανίου.

 

 

Ανάλυση των ιδιοτήτων των κραμάτων βήτα τιτανίου

 

 

Ο πυρήνας βρίσκεται στη συνεργιστική επίδραση της "παραμόρφωσης-επαγόμενης μικροδομικής εξέλιξης" και της "θερμικής επεξεργασίας-ελεγχόμενης κατακρήμνισης φάσεων", η οποία ρυθμίζει με ακρίβεια τη συμπεριφορά των κρυσταλλικών ελαττωμάτων κατά την παραμόρφωση και τη διαδικασία μετασχηματισμού φάσης/καθίζησης κατά τη θερμική επεξεργασία για τη βελτιστοποίηση της μικροδομής και των ιδιοτήτων του υλικού.

 

1.1Παραμόρφωση-Προκαλούμενος εμπλουτισμός κρυσταλλικών ελαττωμάτων και βελτίωση κόκκων

Η πλαστική παραμόρφωση δημιουργεί μεγάλο αριθμό εξαρθρώσεων σε -κράματα τιτανίου. Με την αύξηση του ποσού της παραμόρφωσης, η ολίσθηση και η εμπλοκή σχηματίζουν υποδομές, οι οποίες εξευγενίζονται περαιτέρω σε ισοαξονικούς υποκόκκους ή ανακρυσταλλωμένους κόκκους μέσω δυναμικής ανάκτησης/ανακρυστάλλωσης. Οι λεπτόκοκκοι μπορούν να βελτιώσουν την αντοχή μέσω της ενίσχυσης των ορίων των κόκκων και να μειώσουν τη συγκέντρωση στρες για να ενισχύσουν την σκληρότητα (λεπτό-φαινόμενο ενίσχυσης κόκκων). Η θερμοκρασία παραμόρφωσης καθορίζει τη μορφολογία της μικροδομής: η παραμόρφωση στην -περιοχή φάσης τείνει να αποκτά ομοιόμορφους και λεπτούς κόκκους, ενώ η παραμόρφωση στην περιοχή + διπλής-φάσης σχηματίζει μια σύνθετη εκλεπτυσμένη διφασική-δομή.

 

1.2Συνεργιστική ρύθμιση Φάσεων Μετασχηματισμού Φάσεων και Κατακρήμνισης

Με τον έλεγχο του ρυθμού ψύξης και της διαδικασίας γήρανσης, ρυθμίζεται η μετατροπή της -φάσης σε -φάση και ω-φάσης:

Η -φάση είναι η κύρια φάση ενίσχυσης. Τα κρυσταλλικά ελαττώματα που εισάγονται από την παραμόρφωση παρέχουν θέσεις πυρήνων, επιτρέποντάς του να καθιζάνει σε διάσπαρτη και λεπτή μορφή, η οποία εμποδίζει την κίνηση της εξάρθρωσης για να επιτευχθεί ενίσχυση της καθίζησης. Η γήρανση σε χαμηλή{3}}θερμοκρασία σχηματίζει βελονοειδή/στρωματική -φάση, ενώ η γήρανση σε υψηλή-θερμοκρασία σχηματίζει σφαιρική -φάση (αντοχή και σκληρότητα εξισορρόπησης).

Παρόλο που η φάση ω- βελτιώνει σημαντικά την αντοχή, μειώνει απότομα τη σκληρότητα, επομένως είναι απαραίτητο να την αποφύγετε ή να την εμποδίσετε ελέγχοντας τον ρυθμό ψύξης και τη σύνθεση του κράματος.

 

1.3Χαλάρωση στρες και βελτιστοποίηση μικροδομικής σταθερότητας

Η διαδικασία θέρμανσης της θερμικής επεξεργασίας προάγει την ατομική διάχυση, πραγματοποιώντας τον αφανισμό της εξάρθρωσης και την εξάλειψη της υπολειπόμενης τάσης, η οποία αποφεύγει την παραμόρφωση και το ράγισμα κατά την επακόλουθη επεξεργασία/σέρβις. Σταθεροποιεί τη δομή του λεπτού κόκκου-που προκαλείται από παραμόρφωση, βελτιώνει τη θερμική του σταθερότητα και αποτρέπει την ανάπτυξη κόκκων σε υπηρεσίες υψηλής- θερμοκρασίας. Αυτό το εφέ επιτρέπει την απόδοση επεξεργασίας, τη σταθερότητα των διαστάσεων και τη διάρκεια ζωής του υλικού, καθιστώντας το κατάλληλο για συνθήκες εργασίας υψηλής-θερμοκρασίας και υψηλής- καταπόνησης, όπως η αεροδιαστημική.

 

 

2.1 Βασικές Διαδρομές Διαδικασιών

Παραμόρφωση στην -περιοχή φάσης + Γήρανση: Θερμάνετε την -περιοχή φάσης (50-150 μοίρες πάνω από τη -θερμοκρασία transus), παραμορφώστε, στη συνέχεια ψύξτε γρήγορα σε θερμοκρασία δωματίου και εκτελέστε επεξεργασία γήρανσης. Αυτή η διαδικασία αποκτά ομοιόμορφα καθαρισμένους κόκκους και διασκορπισμένες -φάσεις και είναι κατάλληλη για δομικά εξαρτήματα υψηλής-αντοχής και υψηλής σκληρότητας.

Παραμόρφωση σε + διφασική-περιοχή + γήρανση: Θερμαίνεται στην περιοχή + διπλής-φάσης (μεταξύ της -θερμοκρασίας transus και θερμοκρασίας δωματίου), παραμορφώνεται για να τελειοποιήσει τη δομή μέσω της διεπαφής διπλής- φάσης και παλαιώνει μετά την ψύξη. Έχει τόσο υψηλή αντοχή όσο και εξαιρετική απόδοση κόπωσης και είναι κατάλληλο για εξαρτήματα που φορτώνονται με κόπωση, όπως πτερύγια αεροκινητήρων.

Για κράματα με ειδικές απαιτήσεις, μπορούν να υιοθετηθούν σύνθετες διεργασίες όπως η παραμόρφωση-σταδιακή γήρανση και η ισοθερμική θερμομηχανική επεξεργασία για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης.

 

2.2 Έλεγχος παραμέτρων βασικής διαδικασίας

1. Θερμοκρασία παραμόρφωσης (Κύριοςπαράμετρος)

-περιοχή φάσης: Ελέγχεται σε -transus +50 βαθμό ~ -transus +100 βαθμό για εξασφάλιση δυναμικής ανακρυστάλλωσης και βελτίωσης κόκκων.

+ διπλή-περιοχή: -transus -50 μοίρες ~ -transus -100 μοίρες, διατηρώντας τη φάση 10%-30% για να τελειοποιήσετε τη δομή μέσω συνεργίας διπλής φάσης.

Σημείο κλειδί: Η υπερβολικά υψηλή θερμοκρασία οδηγεί σε τραχύτητα των κόκκων, ενώ η υπερβολικά χαμηλή θερμοκρασία αυξάνει την αντίσταση στην παραμόρφωση και τείνει να προκαλέσει ρωγμές.

 

2. Ποσό και Ποσοστό Παραμόρφωσης

Ποσότητα παραμόρφωσης: 30%-70%. Η υπερβολικά μεγάλη παραμόρφωση είναι επιρρεπής σε ρωγμές, ενώ η υπερβολικά μικρή παραμόρφωση είναι δύσκολο να τελειοποιήσει τη δομή.

Ρυθμός παραμόρφωσης: Μέση-χαμηλή ταχύτητα (0,1-10 s-1) για την αποφυγή ανάπτυξης κόκκων που προκαλείται από αδιαβατική θέρμανση. για δύσκολα-παραμορφώσιμα κράματα, ο ρυθμός μπορεί να μειωθεί ή να υιοθετηθεί σταδιακή παραμόρφωση.

3. Παράμετροι ρυθμού ψύξης και γήρανσης

 

Ψύξη: Ταχεία ψύξη (υδρόψυξη/ψύξη λαδιού) για να ληφθεί ένα υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα, που θέτει τα θεμέλια για την ενίσχυση της γήρανσης. Η υπερβολικά αργή ψύξη θα μειώσει την αντοχή.

Γήρανση: Η χαμηλή θερμοκρασία (350-450 μοίρες , 1-4 ώρες) σχηματίζει λεπτές βελονώδεις -φάσεις με σημαντική δυναμωτική δράση. Η μεσαία-υψηλή θερμοκρασία (450-600 βαθμοί , 4-8 ώρες) αποκτά σφαιρικές/κοντές φάσεις που μοιάζουν με ράβδο, εξισορροπητική αντοχή και σκληρότητα. Η ψύξη του αέρα μετά τη γήρανση είναι επαρκής για την αποφυγή υπολειπόμενης καταπόνησης.

 

 

 

Λεπτομερές διάγραμμα φάσης σύνθεσης φάσης κράματος τιτανίου έναντι συγκέντρωσης -σταθεροποιητικών στοιχείων και θερμοκρασίας

 

 

Διάσταση σύγκρισης	Υψηλή-Σταθερότητα -κράματα τιτανίου	Μέτρια-Σταθερότητα -Κράματα τιτανίου	Χαμηλή-Σταθερότητα -Κράματα τιτανίου
Αντιπροσωπευτικά κράματα	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
Βασικά Χαρακτηριστικά	Υψηλή περιεκτικότητα σε -σταθεροποιητικά στοιχεία, διατήρηση σταθερής -φάσης σε θερμοκρασία δωματίου και -φάσης είναι δύσκολο να καθιζάνει	Μέτριο περιεχόμενο -σταθεροποιητικών στοιχείων, με καλή παραμόρφωση και δραστηριότητα μετασχηματισμού φάσης, που χρησιμοποιείται ευρέως	Χαμηλή περιεκτικότητα σε -σταθεροποιητικά στοιχεία, κακή -σταθερότητα φάσης και επιρρεπής σε → μετασχηματισμό φάσης σε θερμοκρασία δωματίου
Μηχανισμός απόκρισης στο TMP	Η παραμόρφωση στην -περιοχή φάσης επιτυγχάνει δυναμική ανακρυστάλλωση (λεπτοί κόκκοι) και η γήρανση στους 500-650 βαθμούς κατακρημνίζει μια μικρή ποσότητα διασκορπισμένων φάσεων και ενώσεων TiAl, με συνεργική ενίσχυση της "παραμόρφωσης + γήρανσης"	Η παραμόρφωση στην περιοχή + διπλής-φάσης συνθλίβει -φάσεις και εμπλουτίζει τις -εξαρθρώσεις φάσεων. μετά από ταχεία ψύξη + γήρανση, κατακρημνίζεται ένας μεγάλος αριθμός διασκορπισμένων βελονιδικών/ελαστικών -φάσεων, με συνεργική λεπτή-ενδυνάμωση κόκκων και ενίσχυση της καθίζησης	Τα κρυσταλλικά ελαττώματα που εισάγονται από την παραμόρφωση επιταχύνουν τον μετασχηματισμό φάσης και ένας μεγάλος αριθμός -φάσεων μπορεί να κατακρημνιστεί με ψύξη με αέρα χωρίς πρόσθετη επεξεργασία γήρανσης