Tecnologia de processament termomecànic per a -aliatges de titani

-Els aliatges de titani s'han convertit en un dels punts d'investigació dels materials d'aliatge de titani a causa de la seva excel·lent treballabilitat en fred i calent, propietats mecàniques ajustables i estabilitat en un ampli rang de temperatures. La deformació plàstica combinada amb tractament tèrmic, el processament termomecànic (TMP) pot optimitzar eficaçment la microestructura dels aliatges de titani - i pot proporcionar un suport tècnic precís per a la regulació mecànica de propietats mecàniques. aplicacions d'alt rendiment-d'aliatges de titani.

 

 

Anàlisi de les propietats dels aliatges de titani beta

 

 

El nucli rau en l'efecte sinèrgic de la "deformació-evolució microestructural induïda" i el "tractament tèrmic-fases de precipitació controlades", que regula amb precisió el comportament dels defectes del cristall durant la deformació i el procés de transformació/precipitació de fase durant el tractament tèrmic per optimitzar la microestructura i les propietats del material.

 

1.Deformació-Enriquiment induït de defectes de cristall i refinament del gra

La deformació plàstica genera un gran nombre de dislocacions en -aliatges de titani. Amb l'augment de la quantitat de deformació, el lliscament de dislocació i l'entrellat formen subestructures, que es perfeccionen encara més en subgrans equiaxials o grans recristal·litzats mitjançant la recuperació/recristal·lització dinàmica. Els grans fins poden millorar la força mitjançant l'enfortiment del límit del gra i reduir la concentració d'estrès per millorar la tenacitat (efecte-de reforç del gra fi). La temperatura de deformació determina la morfologia de la microestructura: la deformació a la -regió de fase tendeix a obtenir grans uniformes i fins, mentre que la deformació a la regió de fase + dual-forma una estructura de fase dual-complexa i refinada.

 

2.Regulació sinèrgica de les fases de transformació i precipitació

En controlar la velocitat de refrigeració i el procés d'envelliment, es regula la transformació de la fase - en fase - i fase ω-:

La -fase és la fase principal d'enfortiment. Els defectes de cristall introduïts per la deformació proporcionen llocs de nucleació, cosa que li permet precipitar en una forma dispersa i fina, cosa que dificulta el moviment de dislocació per aconseguir l'enfortiment de la precipitació. L'envelliment a baixa-temperatura forma una fase -acicular/lamel·lar, mentre que l'envelliment a-temperatura alta forma una fase -esfèrica (equilibrant la força i la duresa).

Tot i que la fase ω-millora significativament la resistència, redueix dràsticament la tenacitat, per la qual cosa cal evitar-la o inhibir-la controlant la velocitat de refredament i la composició de l'aliatge.

 

3.Relaxació d'estrès i optimització de l'estabilitat microestructural

El procés d'escalfament del tractament tèrmic afavoreix la difusió atòmica, realitzant l'aniquilació de la dislocació i l'eliminació de l'estrès residual, que evita la deformació i l'esquerda durant el processament/servei posterior. Estabilitza l'estructura de gra fi-induïda per la deformació-, millora la seva estabilitat tèrmica i evita el creixement del gra en servei d'alta-temperatura. Aquest efecte permet el rendiment de processament del material, l'estabilitat dimensional i la vida útil, el que el fa adequat per a condicions de treball d'alta-temperatura i alt-estrès, com ara l'aeronàutica.

 

 

1. Rutes del procés central

Deformació a la -regió de fase + envelliment: escalfeu-vos a la -regió de fase (50-150 graus per sobre de la -temperatura transus), es deformeu, després es refreda ràpidament a temperatura ambient i feu un tractament d'envelliment. Aquest procés obté grans refinats uniformement i fases -disperses, i és adequat per a components estructurals d'alta-resistència i alta tenacitat.

 

Deformació a la regió de fase + dual-+ Envelliment: escalfar a la regió de fase + dual- (entre la -temperatura transus i la temperatura ambient), deformar-se per refinar l'estructura mitjançant la interfície de fase dual- i envellir després del refredament. Té una alta resistència i un excel·lent rendiment a la fatiga, i és adequat per a components carregats de fatiga-com ara les pales de motor d'aeronau.

Per als aliatges amb requisits especials, es poden adoptar processos compostos com ara l'envelliment per passos de deformació{0}}i el processament termomecànic isotèrmic per optimitzar el rendiment.

 

2.Control de paràmetres clau del procés

• Temperatura de deformació (Principalparàmetre)

-regió de fase: controlada al grau -transus +50 ~ -grau transus +100 per garantir la recristal·lització dinàmica i el refinament del gra;

+ regió de fase dual-: -transus -50 graus ~ -transus -100 graus , conservant un 10%-30% de fase per refinar l'estructura mitjançant una sinergia de fase dual;

Punt clau: una temperatura excessivament alta condueix a l'engruiximent del gra, mentre que una temperatura excessivament baixa augmenta la resistència a la deformació i tendeix a provocar esquerdes.

 

• Quantitat i velocitat de deformació

Quantitat de deformació: 30% -70%. La deformació excessivament gran és propensa a esquerdes, mentre que la deformació excessivament petita és difícil de refinar l'estructura;

Velocitat de deformació: velocitat mitjana-baixa (0,1-10 s⁻¹) per evitar el creixement del gra causat per l'escalfament adiabàtic; per a aliatges difícils de-deformar, la velocitat es pot reduir o es pot adoptar una deformació gradual.

 

• Paràmetres de velocitat de refrigeració i envelliment

Refrigeració: refredament ràpid (refrigeració per aigua/refrigeració per oli) per obtenir una solució sòlida sobresaturada, posant les bases per a l'enfortiment de l'envelliment; un refredament excessivament lent reduirà la força;

Envelliment: la baixa temperatura (350-450 graus, 1-4h) forma fases -aciculars fines amb un efecte fortificant important; La temperatura mitjana-alta (450-600 graus, 4-8 h) obté fases esfèriques/de varetes curtes, equilibrant la força i la tenacitat; La refrigeració per aire després de l'envelliment és suficient per evitar l'estrès residual.

 

 

 

Diagrama de fases detallat de la composició de la fase d'aliatge de titani en funció de la concentració d'-elements estabilitzadors i temperatura

 

 

Dimensió de comparació	Aliatges de titani d'alta -estabilitat -	Mitjana-Estabilitat -Aliatges de titani	Baixa-estabilitat -Aliatges de titani
Aliatges representatius	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
Característiques bàsiques	Alt contingut d'elements -estabilitzadors, mantenint la fase -estable a temperatura ambient i la fase -és difícil de precipitar	Contingut moderat d'elements -estabilitzadors, amb bona deformabilitat i activitat de transformació de fase, el més utilitzat	Baix contingut d'elements -estabilitzadors, mala -estabilitat de fase i propens a → transformació de fase a temperatura ambient
Mecanisme de resposta a TMP	La deformació a la -regió de fase aconsegueix una recristal·lització dinàmica (grans fins) i l'envelliment a 500-650 graus precipita una petita quantitat de fases disperses i compostos de TiAl, amb un enfortiment sinèrgic de "deformació + envelliment"	La deformació en +-regió de fase dual aixafa -fases i enriqueix -dislocacions de fase; després d'un ràpid refredament + envelliment, precipiten un gran nombre de fases -aciculars/lamel·lars disperses, amb un enfortiment sinèrgic de gra-fins i un enfortiment de la precipitació	Els defectes de cristall introduïts per la deformació acceleren la transformació de fases i un gran nombre de -fases poden precipitar-se per refredament per aire sense tractament d'envelliment addicional