U zrakoplovstvu, medicinskim uređajima,-proizvodnji vrhunske opreme i drugim poljima legura titana postala je nezamjenjiv ključni materijal zbog svoje izvrsne čvrstoće, otpornosti na koroziju i svojstava male težine. Izvrsne performanse legura titana neodvojive su od precizne regulacije procesa toplinske obrade i složenih strukturnih transformacija koje se događaju tijekom procesa. Danas ćemo zaroniti u temeljno znanje toplinske obrade legure titana i transformacije tkiva i otkriti tehnički kod iza ovog "svemirskog metala".
Zakon mehaničke transformacije pri toplinskoj obradi titanovih legura
Bit toplinske obrade je voditi urednu transformaciju unutarnje strukture legure titana kroz regulaciju temperature i brzine hlađenja. Od zagrijavanja preko hlađenja do starenja, struktura titanovih legura prolazi kroz niz složenih promjena koje izravno određuju konačna svojstva materijala.
1. Proces grijanja: "Trio" obnavljanja, rekristalizacije i faznog prijelaza
Kada se zagrijavaju, legure titana obično prolaze kroz transformaciju kristalnog oblika (prijelaz između faze i faze) u isto vrijeme, a ako se radi o hladno-deformiranoj leguri titana, također će proći procese oporavka i rekristalizacije, koji zajedno oblikuju mikrostrukturu nakon zagrijavanja.
(1) Restauracija i rekristalizacija: popravite deformiranu strukturu i optimizirajte strukturu zrna
Nakon hladne obrade, legura titana ima veliki broj defekata uzrokovanih deformacijom (kao što su dislokacije i praznine), a nakon zagrijavanja na određenu temperaturu, prvo će se dogoditi "oporavak": na 450 ~ 640 stupnjeva (temperatura oporavka je niža od temperature rekristalizacije), dio unutarnjeg naprezanja se eliminira kroz sporo kretanje praznina i dislokacija, ali oblik zrna materijala ostaje u osnovi nepromijenjeno.
Kako temperatura nastavlja rasti, počinje se događati "rekristalizacija": nova ne{0}}iskrivljena-slobodna izoaksijalna zrna postupno se pojavljuju u deformiranoj strukturi, a ta će nova zrna postupno zamijeniti deformirana zrna, na kraju smanjujući tvrdoću materijala i vraćajući mu plastičnost. Karakteristike rekristalizacije različitih vrsta legura titana očito su različite:
• legura titana: ograničena sposobnost hladnog deformiranja, teško pročišćavanje zrna kroz deformaciju i rekristalizaciju;
• legura titana: jaka sposobnost hladnog deformiranja, koja može postići određeni stupanj usitnjenosti zrna kroz deformaciju i prekristalizaciju;
• dvostruka legura titana: Uz pomoć deformacije i prekristalizacije, ne samo da može poboljšati strukturu, već i dodatno poboljšati plastičnost.
(2) fazni prijelaz u fazu: "temperaturni prekidač" kristalnog oblika
Kada temperatura zagrijavanja prijeđe → točku faznog prijelaza, legure titana započinju kristalni prijelaz iz faze u fazu. Uzimajući čisti titan kao primjer, njegova temperatura faznog prijelaza je oko 875±5 stupnjeva. Vrijedno je napomenuti da Burgersov položajni odnos ostaje nepromijenjen tijekom ↔ faznog prijelaza, što daje važnu osnovu za podesivu strukturu titanovih legura.
2. Proces hlađenja: Brzina određuje tkivo, a tkivo određuje učinak
Brzina hlađenja je ključni čimbenik koji utječe na konačnu strukturu titanovih legura, a pod različitim brzinama hlađenja, titanove legure će formirati potpuno različitu morfologiju mikrostrukture, koja zauzvrat pokazuje značajno drugačija svojstva.
(1) Sporo hlađenje: uredan prijelaz, formiranje stabilne faze
Kada se legura titana polako hladi iz jedno-faznog područja u dvo-fazno područje, faza se postupno mijenja u fazu, a njih dvoje strogo slijede Burgersov orijentacijski odnos: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0] . Struktura formirana ovim urednim prijelazom vrlo je stabilna, što je prikladno za scenarije s visokim zahtjevima stabilnosti materijala.
(2) Brzo hlađenje: potaknite metastabilnu fazu kako biste otvorili put jačanju
Brzo hlađenje (kao što je gašenje vodom) može poremetiti ravnotežni prijelazni proces strukture titanijske legure, što može izazvati martenzitne fazne prijelaze, stvaranje prigušene ω faze, stvaranje prezasićene faze i zaostalo zadržavanje faze na visokoj-temperaturi. Konačni proizvodi transformacije (kao što su ′, ", ω, prehlađena faza, metastabilna faza, prezasićena faza) uglavnom ovise o sadržaju stabilnih elemenata u leguri titana, koji su "osnovne sirovine" za naknadno ojačavanje starenjem.
3. Transformacija starenja: metastabilna faza "transformacije" za postizanje skoka performansi
Metastabilna faza nastala brzim hlađenjem nije stabilna i postupno će se promijeniti u ravnotežnu fazu tijekom procesa starenja, praćena razgradnjom metastabilne faze, razgradnjom prezasićene faze i drugim reakcijama. Ovaj je proces temeljni razlog zašto legure titana mogu postići poboljšanje čvrstoće i tvrdoće toplinskom obradom, a također je i ključna karika u transformaciji legura titana iz "osnovnog oblika" u "oblik visokih-učinkovitosti".
4. Ko-analiza i transformacija: "plastični ubojica" kojeg treba biti oprezan
Eutektički prijelaz legura titana obično se nalazi u legurama koje se sastoje od stabilnih elemenata titana i brzih eutektičkih legura, što obično dovodi do smanjenja plastičnosti materijala, što nije dobro za obradu i radnu izvedbu materijala. Međutim, izotermnom obradom tkiva nakon eutektičke transformacije ono se može transformirati u ne-lamelarno tkivo Bainove veličine, što u određenoj mjeri ublažava problem pada plastičnosti.
5. Naprezanjem-inducirani fazni prijelaz: otključajte "faznu promjenu-inducirane plastičnosti"
Metastabilna faza transformirat će se u martenzit (npr. heksagonalni martenzit ′, ortorombski martenzit ") pod deformacijom ili naprezanjem, proces poznat kao fazni prijelaz-induciran naprezanjem. Ovaj prijelaz može proizvesti "plastični učinak izazvan-faznim prijelazom", koji značajno poboljšava istezanje i brzinu otvrdnjavanja legura titana i pruža jamstvo performansi za primjenu legure titana u scenarijima pod složenim naprezanjima (kao što su konstrukcijski dijelovi zrakoplovstva).
