U vazduhoplovstvu, medicinskim uređajima, proizvodnji vrhunske-opreme i drugim poljima, legura titanijuma je postala nezamjenjiv ključni materijal zbog svoje izvrsne čvrstoće, otpornosti na koroziju i laganih svojstava. Odlične performanse titanijumskih legura neodvojive su od precizne regulacije procesa termičke obrade i složenih strukturnih transformacija koje se dešavaju tokom procesa. Danas ćemo ući u osnovno znanje o toplinskoj obradi legure titanijuma i transformaciji tkiva, i otkriti tehnički kod iza ovog "svemirskog metala".
Zakon mehaničke transformacije u termičkoj obradi titanijumskih legura
Suština termičke obrade je da vodi urednu transformaciju unutrašnje strukture titanijumske legure kroz regulaciju temperature i brzine hlađenja. Od zagrijavanja do hlađenja do starenja, struktura titanijumskih legura prolazi kroz niz složenih promjena koje direktno određuju konačna svojstva materijala.
1. Proces grijanja: "Trio" oporavka, rekristalizacije i faznog prijelaza
Kada se zagriju, legure titana obično prolaze kroz transformaciju kristalnog oblika (prijelaz između faze i faze) istovremeno, a ako se radi o hladno-deformisanoj leguri titana, ona će također prolaziti kroz procese oporavka i rekristalizacije, koji zajedno oblikuju mikrostrukturu nakon zagrijavanja.
(1) Restauracija i rekristalizacija: popraviti deformiranu strukturu i optimizirati strukturu zrna
Nakon hladne obrade, legura titana ima veliki broj defekata uzrokovanih deformacijom (kao što su dislokacija i praznina), a nakon zagrijavanja na određenu temperaturu, prvo će doći do "oporavka": na 450~640 stupnjeva (temperatura oporavka je niža od temperature rekristalizacije), dio unutrašnjeg naprezanja se eliminira kroz sporo kretanje materijala i osnovni oblik dislokacije v. nepromijenjen.
Kako temperatura nastavlja rasti, počinje da se događa "rekristalizacija": nova izoaksijalna zrna bez-izooksa{1}}bez distorzije postepeno se pojavljuju u deformiranoj strukturi, a ta nova zrna će postepeno zamijeniti deformisana zrna, na kraju smanjujući tvrdoću materijala i vraćajući mu plastičnost. Karakteristike rekristalizacije različitih tipova titanijumskih legura su očigledno različite:
• legura titana: ograničena sposobnost hladne deformacije, zrna koja se teško rafiniraju deformacijom i rekristalizacijom;
• legura titanijuma: jaka sposobnost hladne deformacije, koja može postići određeni stepen rafinacije zrna kroz deformaciju i rekristalizaciju;
• dupleks legura titanijuma: uz pomoć deformacije i rekristalizacije, ne samo da može poboljšati strukturu, već i dodatno poboljšati plastičnost.
(2) fazni prijelaz u fazu: "temperaturni prekidač" kristalnog oblika
Kada temperatura zagrijavanja prijeđe → tačku faznog prijelaza, legure titana pokreću kristalni prijelaz iz faze u fazu. Uzimajući čisti titanijum kao primer, njegova temperatura faznog prelaza je oko 875±5 stepeni. Vrijedi napomenuti da Burgersov pozicioni odnos ostaje nepromijenjen kroz ↔ faznu tranziciju, što pruža važnu osnovu za podesivu strukturu titanijumskih legura.
2. Proces hlađenja: Brzina određuje tkivo, a tkivo određuje performanse
Brzina hlađenja je ključni faktor koji utječe na konačnu strukturu titanijumskih legura, a pod različitim brzinama hlađenja titanijumske legure će formirati potpuno različitu morfologiju mikrostrukture, što zauzvrat pokazuje značajno drugačija svojstva.
(1) Sporo hlađenje: uredan prijelaz, formirajući stabilnu fazu
Kada se titanijumska legura polako hladi iz jednofaznog-faznog područja u dvofazno područje, faza se postepeno mijenja u fazu, a dvije striktno slijede Burgersov odnos orijentacije: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0] . Struktura formirana ovim urednim prijelazom je vrlo stabilna, što je pogodno za scenarije s visokim zahtjevima za stabilnost materijala.
(2) Brzo hlađenje: indukujte metastabilnu fazu kako biste utrli put za jačanje
Brzo hlađenje (kao što je gašenje vodom) može poremetiti ravnotežni prijelazni proces strukture legure titanijuma, što može izazvati martenzitne fazne prelaze, ugašeno formiranje ω faze, stvaranje prezasićene faze i zaostalog zadržavanja visoko{0}}fazne faze. Konačni produkti transformacije (kao što su ′, ", ω, superohlađena faza, metastabilna faza, prezasićena faza) uglavnom zavise od sadržaja stabilnih elemenata u leguri titana, koji su "sirovine jezgre" za naknadno jačanje starenjem.
3. Transformacija starenja: metastabilna faza "transformacije" za postizanje skoka performansi
Metastabilna faza nastala brzim hlađenjem nije stabilna i postepeno će se mijenjati u ravnotežnu fazu tokom procesa starenja, praćeno razgradnjom metastabilne faze, razgradnjom prezasićene faze i drugim reakcijama. Ovaj proces je osnovni razlog zašto legure titanijuma mogu postići poboljšanje čvrstoće i tvrdoće kroz termičku obradu, a takođe je i ključna karika u transformaciji titanijumskih legura iz "osnovnog oblika" u "formu visokih-performansi".
4. Ko-analiza i transformacija: "plastični ubica" na kojeg treba biti oprezan
Eutektički prijelaz titanijumskih legura se obično nalazi u legurama sastavljenim od stabilnih elemenata titanijuma i brzih eutektičkih legura, što obično dovodi do smanjenja plastičnosti materijala, što nije dobro za obradu i servisne performanse materijala. Međutim, izotermnom obradom tkiva nakon eutektičke transformacije, ono se može transformisati u ne-lamelarno tkivo Bain veličine, što u određenoj mjeri ublažava problem pada plastičnosti.
5. Fazni prijelaz izazvan stresom-Otključajte "Plastičnost izazvanu promjenom faze-"
Metastabilna faza će se transformirati u martenzitnu (npr. heksagonalni martenzit ", ortorombični martenzit") pod naprezanjem ili naprezanjem, proces poznat kao fazni prijelaz izazvan stresom-. Ovaj prijelaz može proizvesti "fazni prijelaz-induciran plastični efekat", koji značajno poboljšava brzinu istezanja i garantuje brzinu svih napora pri primjeni. legure titana u scenarijima pod složenim naprezanjima (kao što su dijelovi konstrukcije u svemiru).
