فناوری پردازش حرارتی مکانیکی برای -آلیاژهای تیتانیوم

-آلیاژهای تیتانیوم به دلیل کارایی عالی در گرم و سرد، خواص مکانیکی قابل تنظیم و پایداری در محدوده دمایی وسیع، به یکی از نقاط مهم تحقیقاتی در مواد آلیاژ تیتانیوم تبدیل شده‌اند. تغییر شکل پلاستیک ترکیبی با عملیات حرارتی، پردازش حرارتی مکانیکی (TMP) می‌تواند به طور موثری ریزساختار -را بهینه‌سازی کند. کاربردهای-کارایی بالا -آلیاژهای تیتانیوم.

 

 

تجزیه و تحلیل خواص آلیاژهای بتا تیتانیوم

 

 

هسته اصلی در اثر هم افزایی "تغییر شکل-تکامل ریزساختاری ناشی از تغییر شکل" و "عملیات حرارتی-فازهای بارش کنترل شده" نهفته است، که دقیقاً رفتار عیوب کریستال را در طول تغییر شکل و فرآیند تبدیل فاز/رسوب در طول عملیات حرارتی تنظیم می‌کند تا ریزساختار و خواص مواد را بهینه کند.

 

1.1تغییر شکل-غنی سازی ناشی از نقص کریستال و پالایش دانه

تغییر شکل پلاستیک تعداد زیادی نابجایی در آلیاژهای تیتانیوم - ایجاد می کند. با افزایش مقدار تغییر شکل، لغزش نابجایی و درهم‌تنیدگی زیرساخت‌هایی را تشکیل می‌دهند که از طریق بازیابی/تبلور مجدد دینامیکی به زیردانه‌های هم محور یا دانه‌های تبلور مجدد تبدیل می‌شوند. دانه های ریز می توانند استحکام را از طریق تقویت مرز دانه بهبود بخشند و تمرکز تنش را برای افزایش چقرمگی کاهش دهند (اثر{3}} تقویت دانه ریز). دمای تغییر شکل مورفولوژی ریزساختار را تعیین می‌کند: تغییر شکل در -ناحیه فاز تمایل به به دست آوردن دانه‌های یکنواخت و ریز دارد، در حالی که تغییر شکل در ناحیه + دو-یک ساختار دو فازی- تصفیه شده پیچیده را تشکیل می‌دهد.

 

1.2تنظیم هم افزایی فازهای تبدیل فاز و بارش

با کنترل سرعت سرمایش و فرآیند پیری، تبدیل فاز -فاز به -فاز و ω- تنظیم می‌شود:

فاز - مرحله اصلی تقویت است. عیوب کریستالی که توسط تغییر شکل ایجاد می‌شوند، مکان‌های هسته‌زایی را فراهم می‌کنند و آن را قادر می‌سازند تا به شکل پراکنده و ریز رسوب کند، که مانع حرکت نابجایی برای رسیدن به تقویت بارش می‌شود. پیری در دمای پایین -فاز سوزنی/ورقه‌ای شکل می‌دهد، در حالی که پیری در دمای بالا فاز -کروی (تعادل استحکام و چقرمگی) را تشکیل می‌دهد.

اگرچه فاز ω-به طور قابل توجهی استحکام را بهبود می‌بخشد، اما به شدت چقرمگی را کاهش می‌دهد، بنابراین لازم است با کنترل سرعت خنک‌کننده و ترکیب آلیاژ از آن اجتناب کرد یا از آن جلوگیری کرد.

 

1.3کاهش استرس و بهینه سازی پایداری ریزساختاری

فرآیند گرمایش عملیات حرارتی باعث ترویج انتشار اتمی، تحقق نابودی نابجایی و حذف تنش پسماند می‌شود که از تغییر شکل و ترک در طول پردازش/سرویس بعدی جلوگیری می‌کند. ساختار دانه‌های ریز-ناشی از تغییر شکل- را تثبیت می‌کند، پایداری حرارتی آن را بهبود می‌بخشد و از رشد دانه‌ها در سرویس‌های با دمای بالا جلوگیری می‌کند. این اثر به عملکرد پردازش، پایداری ابعادی و عمر مفید مواد اجازه می‌دهد و آن را برای شرایط کاری با دمای بالا و استرس بالا مانند هوافضا مناسب می‌سازد.

 

 

2.1 مسیرهای فرآیند اصلی

تغییر شکل در -منطقه فاز + پیری: ناحیه -فاز (50-150 درجه بالاتر از -درجه حرارت ترانسوس) را گرم کنید، تغییر شکل دهید، سپس به سرعت تا دمای اتاق خنک کنید و عملیات پیری را انجام دهید. این فرآیند دانه‌های یکنواخت و فازهای پراکنده را به‌دست می‌آورد و برای اجزای ساختاری با استحکام{{8} و چقرمگی بالا مناسب است.

تغییر شکل در ناحیه + دو فاز- + پیری: به ناحیه + دو فاز- گرم می‌شود (بین -دمای ترانسوس و دمای اتاق)، تغییر شکل می‌دهد تا ساختار از طریق رابط دو فاز{6} اصلاح شود، و پس از سرد شدن پیر می‌شود. هم از استحکام بالا و هم عملکرد خستگی عالی برخوردار است و برای اجزای-خستگی مانند تیغه‌های موتور هوایی مناسب است.

برای آلیاژهای با نیازهای خاص، فرآیندهای ترکیبی مانند تغییر شکل- پیری مرحله‌ای و پردازش حرارتی مکانیکی همدما می‌توانند برای بهینه‌سازی عملکرد مورد استفاده قرار گیرند.

 

2.2 کنترل پارامترهای فرآیند کلیدی

1. دمای تغییر شکل (اصلیپارامتر)

-منطقه فاز: در درجه -transus +50 ~ -transus +100 درجه کنترل می‌شود تا از تبلور مجدد دینامیک و پالایش دانه اطمینان حاصل شود.

+ دو فاز-منطقه: -transus -50 درجه ~ -transus -100 درجه، حفظ فاز 10%-30% برای اصلاح ساختار از طریق هم افزایی دوفاز.

نکته کلیدی: دمای بیش از حد بالا منجر به درشت شدن دانه می شود، در حالی که دمای بیش از حد پایین باعث افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل می شود و تمایل به ایجاد ترک دارد.

 

2. مقدار و نرخ تغییر شکل

مقدار تغییر شکل: 30%-70%. تغییر شکل بیش از حد بزرگ مستعد ترک خوردن است، در حالی که تغییر شکل بیش از حد کوچک برای اصلاح ساختار دشوار است.

نرخ تغییر شکل: سرعت متوسط-کم (0.1-10 ثانیه-1) برای جلوگیری از رشد دانه ناشی از گرمایش آدیاباتیک. برای آلیاژهای سخت تغییر شکل-، می توان سرعت را کاهش داد یا تغییر شکل پلکانی را اتخاذ کرد.

3. پارامترهای سرعت خنک کننده و پیری

 

خنک‌سازی: خنک‌سازی سریع (خنک کردن آب/خنک کردن روغن) برای به دست آوردن محلول جامد فوق‌اشباع، پایه‌گذاری برای تقویت پیری. خنک شدن بیش از حد کند باعث کاهش قدرت می شود.

پیری: دمای پایین (350-450 درجه، 1-4 ساعت) فازهای سوزنی شکل - با اثر تقویت قابل توجهی را تشکیل می‌دهد. دمای متوسط-بالا (450-600 درجه، 4-8 ساعت) فازهای میله مانند کروی/کوتاه، استحکام و چقرمگی را متعادل می کند. خنک کردن هوا پس از پیری برای جلوگیری از استرس باقیمانده کافی است.

 

 

 

نمودار فاز دقیق ترکیب فاز آلیاژ تیتانیوم در مقابل غلظت -عناصر تثبیت کننده و دما

 

 

بعد مقایسه	آلیاژهای تیتانیوم-پایداری - بالا	متوسط-پایداری -آلیاژهای تیتانیوم	آلیاژهای تیتانیوم-پایداری{1} کم
آلیاژهای نماینده	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
ویژگی های اصلی	محتوای بالای -عناصر تثبیت کننده، پایدار ماندن فاز -در دمای اتاق، و -فاز به سختی رسوب می‌کند.	محتوای متوسط ​​-عناصر تثبیت‌کننده، دارای تغییر شکل‌پذیری خوب و فعالیت تبدیل فاز، بیشترین استفاده را دارد.	محتوای کم -عناصر تثبیت کننده، -پایداری فاز ضعیف، و مستعد → تبدیل فاز در دمای اتاق
مکانیسم واکنش به TMP	تغییر شکل در ناحیه -فاز به تبلور مجدد دینامیکی (دانه‌های ریز) می‌رسد و پیری در ۵۰۰-650 درجه، مقدار کمی از فازهای پراکنده و ترکیبات TiAl را با تقویت هم‌افزایی «تغییر شکل + پیری» رسوب می‌دهد.	تغییر شکل در ناحیه + دو فاز-فازها را خرد می کند و -نابجایی های فاز را غنی می کند. پس از سرد شدن سریع + پیری، تعداد زیادی از فازهای سوزنی/ورقه ای پراکنده - با هم افزایی ریز-تقویت دانه و تقویت بارشی رسوب می کنند.	عیوب کریستالی که با تغییر شکل ایجاد می شوند، تبدیل فاز را تسریع می کنند و تعداد زیادی از -فازها می توانند با خنک کردن هوا بدون عملیات پیری اضافی رسوب کنند.