Toplinska obrada titana i legura titana (1)
Toplinska obrada je proces u kojem se kontrolirano zagrijavanje i hlađenje metala izvodi u vrlo preciznim uvjetima okoline kako bi se promijenile fizičke ili mehaničke karakteristike metala bez promjene oblika proizvoda. Ako se termička obrada ne izvrši ispravno, metal možda neće postići željena svojstva potrebna za ispunjavanje specifikacije inženjerskog dizajna.
Toplinska obrada se obično povezuje s povećanjem čvrstoće materijala, ali se također često koristi za poboljšanje obradivosti, poboljšanje formabilnosti, povećanje duktilnosti ili povećanje otpornosti na koroziju. Stoga je to kritičan proces koji osigurava postizanje specificiranih karakteristika metala.
Prednosti termičke obrade titanijumskih legura:
Smanjite zaostala naprezanja nastala tokom proizvodnje (smanjenje stresa)
Proizvesti optimalnu kombinaciju duktilnosti, obradivosti i dimenzionalne i strukturne stabilnosti (žarenje)
Povećajte snagu (tretman rastvorom i starenje)
Optimizirajte posebna svojstva kao što su žilavost loma, čvrstoća na zamor i čvrstoća puzanja pri visokim temperaturama
Oslobađanje od stresa titanijuma
Titanijum i legure titana mogu se osloboditi naprezanja bez negativnog uticaja na čvrstoću ili duktilnost.
Tretmani za ublažavanje naprezanja smanjuju neželjena zaostala naprezanja koja su rezultat prvog, neujednačenog vrućeg kovanja ili deformacije od hladnog oblikovanja i ispravljanja, drugog, asimetrične obrade ploča ili otkovaka, i treće, zavarivanja i hlađenja odljevaka. Uklanjanje takvih naprezanja pomaže u održavanju stabilnosti oblika i eliminira nepovoljne uvjete, kao što je gubitak tlačne čvrstoće tečenja, uobičajeno poznat kao Baušingerov efekat.
Oslobađanje od stresa je vjerovatno najčešća termička obrada titana i legura titana. Koristi se za smanjenje neželjenih zaostalih napona koji nastaju zbog neujednačene deformacije toplog kovanja, neujednačenog hladnog oblikovanja i ispravljanja, asimetrične obrade ploča (hogouts) ili otkovaka, zavarivanja kovanih, livenih ili metalurških (P/M) delova i hlađenje odlivaka.
Oslobađanje od naprezanja pomaže u održavanju stabilnosti oblika i takođe može eliminisati nepovoljne uslove kao što je gubitak čvrstoće pri pritisku - Baušingerov efekat - koji može biti posebno ozbiljan u legurama titanijuma. Oslobađanje od naprezanja može se izvesti bez negativnog utjecaja na čvrstoću ili duktilnost.
Žarenje
Žarenje titana i legura titanijuma prvenstveno služi za povećanje žilavosti loma, duktilnosti na sobnoj temperaturi, dimenzijske i termičke stabilnosti i otpornosti na puzanje. Mnoge legure titana stavljaju se u upotrebu u žarenom stanju. Budući da se poboljšanje jednog ili više svojstava općenito postiže na račun nekog drugog svojstva, ciklus žarenja treba odabrati prema cilju tretmana.
Uobičajeni tretmani žarenja su:
Mlinsko žarenje je tretman opće namjene koji se daje svim mlinskim proizvodima. Nije potpuno žarenje i može ostaviti tragove hladnog ili toplog rada u mikrostrukturama jako obrađenih proizvoda, posebno limova.
Dupleksno žarenje mijenja oblike, veličine i distribuciju faza na one potrebne za poboljšanu otpornost na puzanje ili žilavost loma. U dupleksnom žarenju legure Corona 5, na primjer, prvo žarenje je blizu transusa kako bi se globulariziralo deformirano i minimizirao njegov volumenski udio. Nakon toga slijedi drugo žarenje na nižoj temperaturi kako bi se istaložila nova lentikularna (acikularna) između globularnih čestica. Ovakvo formiranje iglica povezano je s poboljšanjem snage puzanja i žilavosti loma.
Rekristalizacijsko žarenje i žarenje se koriste za poboljšanje otpornosti na lom. Kod rekristalizacijskog žarenja, legura se zagrijava do gornjeg kraja - opsega, drži neko vrijeme, a zatim se vrlo sporo hladi. Posljednjih godina, rekristalizacijsko žarenje zamijenilo je žarenje za komponente konstrukcije aviona kritične za lom.
(Beta) Žarenje. Kao i rekristalizacijsko žarenje, žarenje poboljšava žilavost loma. Beta žarenje se vrši na temperaturama iznad transus legure koja se žari. Da bi se spriječio pretjerani rast zrna, temperatura žarenja treba biti samo malo viša od transusne. Vrijeme žarenja ovisi o debljini presjeka i trebalo bi biti dovoljno za potpunu transformaciju. Vrijeme na temperaturi nakon transformacije treba svesti na minimum kako bi se kontrolirao rast zrna. Veće sekcije treba hladiti ventilatorom ili gasiti vodom kako bi se spriječilo stvaranje faze na granicama zrna.
Rešenje za lečenje i starenje
Širok raspon nivoa čvrstoće može se dobiti u - ili legurama obradom otopinom i starenjem. Sa izuzetkom jedinstvene legure Ti-2.5Cu, porijeklo reakcija na termičku obradu titanijumskih legura leži u nestabilnosti visokotemperaturne faze na nižim temperaturama.
Zagrijavanje legure na temperaturu obrade otopine proizvodi veći omjer faza. Ova podjela faza se održava gašenjem; naknadnim starenjem dolazi do raspadanja nestabilne faze, što daje visoku čvrstoću. Komercijalne legure se uglavnom isporučuju u stanju tretiranom rastvorom i treba ih samo odležati. Obrada titanijumskih legura rastvorom obično uključuje zagrevanje do temperature bilo malo iznad ili malo niže od transusne temperature.
(Beta) legure se obično dobijaju od proizvođača u stanju tretiranom rastvorom. Ako je potrebno ponovno zagrijavanje, vrijeme namakanja treba biti onoliko dugo koliko je potrebno da se dobije potpuno rješenje. Temperature za tretiranje rastvora za legure su iznad transusa; budući da nema druge faze, rast zrna se može brzo odvijati.
- (Alfa-beta) legure. Odabir temperature obrade otopine za - legure temelji se na kombinaciji mehaničkih svojstava željenih nakon starenja. Promjena temperature obrade otopine legure - mijenja količinu faze i posljedično mijenja odgovor na starenje.
Da bi se dobila visoka čvrstoća sa odgovarajućom duktilnošću, potrebno je tretirati rastvorom na visokoj temperaturi u polju, normalno 25 do 85 stepeni (50 do 150 stepeni F) ispod transus legure. Ako je potrebna visoka otpornost na lom ili poboljšana otpornost na koroziju pod naponom, može biti poželjno žarenje ili obrada otopinom. Međutim, toplinska obrada - legure u rasponu uzrokuje značajan gubitak duktilnosti. Ove legure su obično termički obrađene rastvorom ispod transusa kako bi se postigla optimalna ravnoteža duktilnosti, žilavosti loma, puzanja i lomnih svojstava naprezanja.
Gašenje
Ako se legure brzo hlade gašenjem vodom iz cijelog beta regiona, sklonost formiranju alfa faze je potisnuta, a beta faza se zadržava. Određeni sastavi legura, međutim, pokazuju osebujnu transformaciju pri gašenju. Ovaj mehanizam martenzitne ili smicajuće transformacije nije u potpunosti shvaćen. Formiranje ove strukture, takozvanog alfa premijera, uzrokuje izvjesno izobličenje rešetke. Ovo izobličenje i rezultujuća deformacija proizvode materijal koji je tvrd i žilav i ima bolja svojstva zamora od alfa. Ovaj proces gašenja je takođe početna tačka za kaljenje.
Kaljenje
Kada se titanijum ugasi sa povišene temperature, ponovo zagreje na temperaturu ispod beta transusa, zadrži duže vreme i ponovo ugasi, kaže se da je bio kaljen. Tri varijable postoje u temperiranju: prisutne faze, vrijeme održavanja i temperatura kaljenja.
Kada početna struktura sadrži alfa-prim, dolazi do dvije promjene: alfa-prim se transformira u alfa, a u dužim vremenima alfa postaje nazubljen. Rezultat je gubitak tvrdoće i čvrstoće i povećanje duktilnosti i udarca. Alfa-beta strukture, međutim, ne prate ovaj obrazac. Alfa prvenstveno ostaje nepromijenjena; beta se razlaže da bi se formiralo više alfa na račun beta faze. Na niskim temperaturama će se formirati više alfa; prema tome, niske temperature otpuštanja rezultiraju većim smanjenjem čvrstoće i tvrdoće i većim povećanjem duktilnosti nego visokotemperaturno kaljenje u identičnim vremenskim intervalima.
Izotermna transformacija
Prilikom vrućeg kaljenja legure iz cijele beta regije do temperatura u alfa-beta polju i držanja tokom određenog vremenskog perioda, a zatim daljeg kaljenja do sobne temperature, materijal se izotermno transformiše. Tretman na ovaj način uzrokuje precipitaciju alfa faze iz beta. Na visokim temperaturama alfa se prvo taloži na granicama zrna, a kasnije unutar samih beta zrna.
Ovaj tretman, kada se drži na temperaturama malo ispod temperature transformacije, u početku daje vrlo tvrd materijal zbog stvaranja beta prajmera. Ako se vrijeme držanja produži, tvrdoća i čvrstoća se smanjuju s popratnim povećanjem duktilnosti i žilavosti. Na nižim temperaturama dolazi do postepenog porasta tvrdoće i lomljivosti, a pri dužim vremenima može se postići veća tvrdoća nego kratkotrajnim visokotemperaturnim tretmanima.
(nastavlja se)
