Ilmailuteollisuudessa, lääkinnällisissä laitteissa, huippuluokan laitevalmistuksessa{0}}ja muilla aloilla titaaniseoksesta on tullut välttämätön avainmateriaali sen erinomaisen lujuuden, korroosionkestävyyden ja keveyden ansiosta. Titaaniseosten erinomainen suorituskyky on erottamaton lämpökäsittelyprosessin tarkasta säätelystä ja prosessin aikana tapahtuvista monimutkaisista rakennemuutoksista. Tänään perehdymme titaaniseoksen lämpökäsittelyn ja kudosten muuntamisen ydintietoihin ja paljastamme tämän "avaruusmetallin" takana olevat tekniset koodit.
Mekaaninen muunnoslaki titaaniseosten lämpökäsittelyssä
Lämpökäsittelyn ydin on ohjata titaaniseoksen sisäisen rakenteen hallittua muutosta säätelemällä lämpötilaa ja jäähdytysnopeutta. Kuumennuksesta jäähdyttämiseen ikääntymiseen titaaniseosten rakenne käy läpi useita monimutkaisia muutoksia, jotka määräävät suoraan materiaalin lopulliset ominaisuudet.
1. Lämmitysprosessi: palautumisen, uudelleenkiteyttämisen ja vaiheen siirtymän "kolmio"
Kuumennettaessa titaaniseokset yleensä muuttuvat kidemuodossa (siirtymä faasin ja faasin välillä) samaan aikaan, ja jos se on kylmä-muodontunut titaaniseos, se käy läpi myös talteenotto- ja uudelleenkiteytysprosesseja, jotka yhdessä muodostavat mikrorakenteen kuumentamisen jälkeen.
(1) Restaurointi ja uudelleenkiteyttäminen: korjaa epämuodostunut rakenne ja optimoi raerakenne
Kylmämuokkauksen jälkeen titaaniseoksessa on suuri määrä muodonmuutoksesta johtuvia vikoja (kuten dislokaatio ja tyhjyys), ja tiettyyn lämpötilaan lämmittämisen jälkeen tapahtuu ensin "palautuminen": 450-640 asteessa (palautuslämpötila on alempi kuin uudelleenkiteytyslämpötila) osa materiaalin sisäisestä jännityksestä eliminoituu hitaalla muodonmuutoksella, mutta tyhjiön muodonmuutos ja muodonmuutos säilyy. muuttumattomana.
Kun lämpötila jatkaa nousuaan, "uudelleenkiteytymistä" alkaa tapahtua: uusia ei--vääristymiä-vapaita isoaksiaalisia rakeita ilmaantuu vähitellen epämuodostuneeseen rakenteeseen, ja nämä uudet rakeet korvaavat vähitellen epämuodostuneet rakeet, mikä lopulta vähentää materiaalin kovuutta ja palauttaa sen plastisuuden. Eri tyyppisten titaaniseosten uudelleenkiteytysominaisuudet ovat selvästi erilaisia:
• titaaniseos: rajoitettu kylmämuodonmuutoskyky, vaikeasti hiottuja rakeita muodonmuutoksen ja uudelleenkiteytymisen kautta;
• titaaniseos: vahva kylmämuodonmuutoskyky, jolla voidaan saavuttaa tietty rakeiden hienostuneisuus muodonmuutoksen ja uudelleenkiteytymisen kautta;
• Duplex-titaaniseos: Muodonmuutosten ja uudelleenkiteytymisen avulla se ei voi vain jalostaa rakennetta, vaan myös parantaa edelleen plastisuutta.
(2) vaiheen siirtyminen vaiheeseen: kidemuodon "lämpötilakytkin".
Kun kuumennuslämpötila ylittää → faasimuutospisteen, titaaniseokset käynnistävät kidesiirtymän faasista toiseen. Esimerkkinä puhdas titaani, sen faasimuutoslämpötila on noin 875±5 astetta. On syytä huomata, että Burgersin sijaintisuhde pysyy muuttumattomana koko ↔-vaihemuutoksen ajan, mikä tarjoaa tärkeän perustan titaaniseosten viritettävälle rakenteelle.
2. Jäähdytysprosessi: Nopeus määrittää kudoksen ja kudos määrittää suorituskyvyn
Jäähdytysnopeus on avaintekijä, joka vaikuttaa titaaniseosten lopulliseen rakenteeseen, ja eri jäähdytysnopeuksilla titaaniseokset muodostavat täysin erilaisen mikrorakenteen morfologian, mikä puolestaan osoittaa merkittävästi erilaisia ominaisuuksia.
(1) Hidas jäähtyminen: säännöllinen siirtymä, muodostaen vakaan vaiheen
Kun titaaniseos jäähtyy hitaasti yksi-vaihealueelta kaksi-vaihealueelle, vaihe muuttuu vähitellen vaiheeksi, ja nämä kaksi noudattavat tiukasti Burgersin suuntaussuhdetta: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0] . Tämän hallitun siirtymän muodostama rakenne on erittäin vakaa, mikä sopii skenaarioihin, joissa materiaalin stabiilisuusvaatimukset ovat korkeat.
(2) Nopea jäähdytys: indusoi metastabiili vaihe tasoittaaksesi tietä vahvistumiselle
Nopea jäähdytys (kuten vesisammutus) voi häiritä titaaniseoksen rakenteen tasapainomuutosprosessia, mikä voi aiheuttaa martensiittisia faasimuutoksia, sammutettua ω-faasin muodostumista, ylikyllästyneen faasin muodostumista ja korkean{0}}lämpötilan jäännösfaasin säilymistä. Lopulliset muunnostuotteet (kuten ', ", ω, alijäähdytetty faasi, metastabiili faasi, ylikyllästynyt faasi) riippuvat pääasiassa titaaniseoksessa olevien stabiilien alkuaineiden pitoisuudesta, jotka ovat "ydinraaka-aineita" myöhempään vanhenemisvahvistukseen.
3. Ikääntyminen muunnos: metastabiili vaihe "muunnos" saavuttaa suorituskyvyn harppaus
Nopealla jäähdytyksellä tuotettu metastabiili faasi ei ole stabiili, ja se muuttuu vähitellen tasapainofaasiksi vanhenemisprosessin aikana, johon liittyy metastabiilin faasin hajoaminen, ylikyllästyneen faasin hajoaminen ja muut reaktiot. Tämä prosessi on perussyy siihen, miksi titaaniseokset voivat parantaa lujuutta ja kovuutta lämpökäsittelyn avulla, ja se on myös keskeinen linkki titaaniseosten muuttamisessa "perusmuodosta" "suorituskykyiseen muotoon".
4. Ko-analyysi ja muunnos: "muovitappaja", jota on varottava
Titaaniseosten eutektinen siirtymä esiintyy yleisesti seoksissa, jotka koostuvat stabiileista titaanielementeistä ja nopeista eutektisistä lejeeringeistä, mikä yleensä johtaa materiaalin plastisuuden heikkenemiseen, mikä ei ole hyvä materiaalin käsittelyn ja huoltokyvyn kannalta. Kudoksen isotermisellä käsittelyllä eutektisen transformaation jälkeen se voidaan kuitenkin muuttaa Bain-kokoiseksi ei--lamellaariseksi kudokseksi, mikä lievittää plastisuuden heikkenemisongelmaa jossain määrin.
5. Stressin aiheuttama vaiheen muutos
Metastabiili faasi muuttuu martensiittiseksi (esim. kuusikulmainen martensiittinen ', ortorombinen martensiitti) jännityksen tai rasituksen alaisena. Tämä prosessi tunnetaan jännitys-indusoimana faasisiirtymänä. Tämä siirtymä voi tuottaa "faasisiirtymän-indusoidun plastisen vaikutuksen", joka parantaa merkittävästi venymistä ja venymisnopeutta sekä jännityksen ja kovettumisen takuuta. titaaniseokset monimutkaisissa jännityksissä (kuten ilmailun rakenneosat).
