Havacılık, tıbbi cihazlar, ileri teknoloji ekipman imalatı ve diğer alanlarda titanyum alaşımı, mükemmel gücü, korozyon direnci ve hafiflik özellikleri nedeniyle vazgeçilmez bir temel malzeme haline geldi. Titanyum alaşımlarının mükemmel performansı, hassas ısıl işlem prosesi düzenlemesinden ve proses sırasında meydana gelen karmaşık yapısal dönüşümlerden ayrılamaz. Bugün titanyum alaşımlı ısıl işlem ve doku dönüşümüne ilişkin temel bilgileri derinlemesine inceleyeceğiz ve bu "uzay metali"nin arkasındaki teknik kodu ortaya çıkaracağız.
Titanyum alaşımlarının ısıl işleminde mekanik dönüşüm kanunu
Isıl işlemin özü, sıcaklık ve soğutma hızının düzenlenmesi yoluyla titanyum alaşımının iç yapısının düzenli dönüşümüne rehberlik etmektir. Isıtmadan soğumaya ve yaşlanmaya kadar titanyum alaşımlarının yapısı, malzemenin nihai özelliklerini doğrudan belirleyen bir dizi karmaşık değişikliğe uğrar.
1. Isıtma Süreci: Geri Kazanım, Yeniden Kristalleşme ve Faz Geçişinin "Üçlüsü"
Titanyum alaşımları ısıtıldığında genellikle aynı anda kristal form dönüşümüne (faz ve faz arasında geçiş) uğrar ve eğer soğuk-deforme edilmiş bir titanyum alaşımı ise, ısıtma sonrasında mikro yapıyı birlikte şekillendiren geri kazanım ve yeniden kristalleşme süreçlerinden de geçer.
(1) Restorasyon ve yeniden kristalleştirme: deforme olmuş yapıyı onarın ve tane yapısını optimize edin
Soğuk işlemden sonra, titanyum alaşımı deformasyondan (dislokasyon ve boşluk gibi) kaynaklanan çok sayıda kusura sahiptir ve belirli bir sıcaklığa ısıtıldıktan sonra, ilk önce "geri kazanım" meydana gelir: 450 ~ 640 derecede (geri kazanım sıcaklığı yeniden kristalleşme sıcaklığından düşüktür), boşluğun ve dislokasyonun yavaş hareketi yoluyla iç gerilimin bir kısmı ortadan kaldırılır, ancak malzemenin tane şekli temelde değişmeden kalır.
Sıcaklık artmaya devam ettikçe, "yeniden kristalleşme" meydana gelmeye başlar: deforme olmuş yapıda yavaş yavaş yeni-bozulma{-olmayan eş eksenli taneler ortaya çıkar ve bu yeni taneler yavaş yavaş deforme olmuş tanelerin yerini alacak, sonunda malzemenin sertliğini azaltacak ve plastisitesini geri kazandıracaktır. Farklı tipteki titanyum alaşımlarının yeniden kristalleşme özellikleri açıkça farklıdır:
• titanyum alaşımı: sınırlı soğuk deformasyon yeteneği, deformasyon ve yeniden kristalleşme yoluyla tanelerin rafine edilmesi zordur;
• titanyum alaşımı: deformasyon ve yeniden kristalleşme yoluyla belirli bir derecede tane incelmesi elde edebilen güçlü soğuk deformasyon yeteneği;
• dubleks titanyum alaşımı: Deformasyon ve yeniden kristalleşmenin yardımıyla yalnızca yapıyı iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda plastisiteyi de geliştirir.
(2) fazdan faza geçiş: kristal formun "sıcaklık anahtarı"
Isıtma sıcaklığı → faz geçiş noktasını aştığında, titanyum alaşımları fazdan faza kristal geçişini başlatır. Örnek olarak saf titanyumun faz geçiş sıcaklığı 875±5 derece civarındadır. Titanyum alaşımlarının ayarlanabilir yapısı için önemli bir temel sağlayan Burgers konumsal ilişkisinin ↔ faz geçişi boyunca değişmeden kaldığını belirtmekte fayda var.
2. Soğutma Süreci: Hız dokuyu, doku ise performansı belirler
Soğutma hızı, titanyum alaşımlarının son yapısını etkileyen önemli bir faktördür ve farklı soğutma hızları altında, titanyum alaşımları tamamen farklı mikro yapı morfolojileri oluşturacak ve bu da önemli ölçüde farklı özellikler gösterecektir.
(1) Yavaş soğutma: düzenli geçiş, kararlı bir faz oluşturma
Titanyum alaşımı yavaş yavaş tek-fazlı bölgeden iki-fazlı bölgeye doğru soğuduğunda, faz yavaş yavaş faza dönüşür ve ikisi Burgers oryantasyon ilişkisini tam olarak takip eder: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0] . Bu düzenli geçişin oluşturduğu yapı oldukça stabil olup, yüksek malzeme stabilitesi gereksinimleri olan senaryolar için uygundur.
(2) Hızlı soğutma: güçlenmenin önünü açmak için yarı kararlı fazı tetikleyin
Hızlı soğutma (suyla söndürme gibi), titanyum alaşımı yapısının denge geçiş sürecini bozabilir; bu da martensitik faz geçişlerine, söndürülmüş ω fazı oluşumuna, aşırı doymuş faz oluşumuna ve artık yüksek-sıcaklıkta faz tutulmasına neden olabilir. Nihai dönüşüm ürünleri (', ", ω, aşırı soğutulmuş faz, yarı kararlı faz, aşırı doymuş faz gibi) esas olarak, daha sonraki yaşlanma güçlendirmesi için "çekirdek hammaddeler" olan titanyum alaşımındaki kararlı elementlerin içeriğine bağlıdır.
3. Yaşlanma dönüşümü: performans sıçraması elde etmek için yarı kararlı aşama "dönüşüm"
Hızlı soğutmayla üretilen yarı kararlı faz, kararlı değildir ve yaşlanma süreci sırasında, yarı kararlı faz ayrışması, aşırı doymuş faz ayrışması ve diğer reaksiyonlarla birlikte yavaş yavaş bir denge fazına dönüşecektir. Bu süreç, titanyum alaşımlarının ısıl işlem yoluyla mukavemet ve sertlik artışı elde edebilmesinin temel nedenidir ve aynı zamanda titanyum alaşımlarının "temel formdan" "yüksek-performans formuna" dönüşümünde de önemli bir bağlantıdır.
4. Ortak-analiz ve dönüşüm: Dikkat edilmesi gereken "plastik katil"
Titanyum alaşımlarının ötektik geçişi genellikle titanyumun stabil elementlerinden ve hızlı ötektik alaşımlardan oluşan alaşımlarda bulunur; bu genellikle malzemenin plastisitesinde bir azalmaya yol açar ve bu da malzemenin işleme ve servis performansı için iyi değildir. Bununla birlikte, ötektik dönüşümden sonra dokuya izotermal işlem uygulanarak Bain boyutunda- katmanlı olmayan bir dokuya dönüştürülebilir, bu da plastisite azalması sorununu bir dereceye kadar hafifletir.
5. Gerilim-Uyarılmış Faz Geçişi: "Faz Değişikliği-Uyarılmış Plastisite"nin Kilidini Açın
Yarı kararlı faz, gerilim-indüklü faz geçişi olarak bilinen bir süreç olan, gerinim veya gerilim altında martenzitiğe (örneğin, altıgen martensitik', ortorombik martensitik ") dönüşecektir. Bu geçiş, titanyum alaşımlarının uzama ve gerinim sertleşmesi oranını önemli ölçüde artıran ve titanyum alaşımlarının karmaşık gerilimler altındaki senaryolarda (havacılık ve uzay yapısalları gibi) uygulanması için performans garantisi sağlayan bir "faz geçişi-indüklenen plastik etki" üretebilir. parçalar).
