Mitkä ovat titaaniseosten sammuttamisen vaatimukset
Titaaniseoksia käytetään laajasti ilmailu-, lääketieteellisissä laitteissa ja huippuluokan valmistuksessa niiden suuren spesifisen lujuuden, korroosionkestävyyden ja biologisen yhteensopivuuden vuoksi. Niiden lämpökäsittelyprosessit ovat kuitenkin paljon monimutkaisempia kuin perinteisten metallien, etenkin sammutusprosessin, joka vaatii lämpötilan, jäähdytysnopeuden ja mikrorakenteellisen muunnoksen tarkan hallinnan optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.
Sammutuslämpötila: "Kriittinen viiva" tasapainottamiseen ja ulottuvuuteen
Sammutuslämpötila on keskeinen parametri, joka määrittää titaaniseosten mikrorakenteen ja mekaaniset ominaisuudet. Seostyypistä (,,, tai +) riippuen lämpötilanhallinnan tulisi noudattaa erilaisia periaatteita:
+ titaaniseokset (esim. TC4):Sammutuslämpötila asetetaan tyypillisesti + -vaihealueelle. Esimerkiksi TC4-seoksen sammutuslämpötila on 980-1010 aste. Tämä lämpötila -alue varmistaa vaiheen riittävän liukenemisen säilyttäen samalla pienen määrän liukenematonta vaihetta vahvistusvaiheessa. Jos lämpötila ylittää transformaatiolämpötilan (esim. 980-1000 asteen TC4: lle), jyvät karkeutuvat nopeasti, mikä johtaa sitkeyden vähentymiseen sammutuksen jälkeen. Esimerkiksi tietyllä ilmailun takolla koettiin sammutuslämpötila, joka ylitti määritellyn rajan 10 asteessa, aiheuttaen viljan koon nousun 25 μm: stä 80 μm: iin ja 30%: n vähenemisen murtuman sitkeydessä.
-tyyppinen titaaniseokset (kuten TB2):Ne on lämmitettävä yhden vaiheen alueen yläpuolella. Esimerkiksi TB2-seoksen sammutuslämpötila on 800-850 aste. Korkean lämpötilan sammutus tuottaa yhden metastabiilin faasin, joka tarjoaa ytimenmuodostuskohtia seuraavaa faasin saostumista ikääntymisen aikana. Holding -aikaa on kuitenkin valvottava tiukasti jyvien liiallisen kasvun estämiseksi.
-tyyppinen titaaniseokset:Niitä ei yleensä sammuta, koska niiden hehkutettu mikrorakenne on jo erittäin vakaa, ja sammutus voi helposti indusoida martensiittisen muutoksen, mikä johtaa haurauteen.
Jäähdytysmenetelmä: Race vastaan "vaihemuutoksen ohjaamiseen"
Jäähdytysnopeus vaikuttaa suoraan vaihemuutoksen polkuun ja jäännösjännityksen jakautumiseen titaaniseoksissa. Asianmukainen jäähdytysväliaine on valittava seostyypin ja osan koon perusteella:
Vesi ja öljyjäähdytys:Sopii ohuenseinämiin (paksuus alle tai yhtä suuret kuin 25 mm) -tyyppisiä ja + - tyyppisiä titaaniseoksia. Vesijäähdytys voi saavuttaa jäähdytysnopeudet 1000 astetta /s, ylittämällä nopeasti → 'martensiitin muunnosvyöhykkeen ja estävät vaiheen hajoamisen karkeaksi + rakenteeksi. Esimerkiksi vesijäähdytyksen jälkeen TC4-seoksen huoneenlämpöinen mikrorakenne on ′ martensiitti, jolla on pieni määrä jäännösvaihetta, ja ikääntymisen jälkeen lujuus voi saavuttaa 1200 MPa.
Ilma- ja kaasunjäähdytys:Käytetään paksujen osien (paksuus> 50 mm) tai -tyyppisten seosten stabilointiin. Ilmajäähdytysnopeudet ovat noin 10-50 astetta /s voi vähentää lämpörasitusta, mutta seuraavaa ikääntymiskäsittelyä tarvitaan viljan koon parantamiseksi. Esimerkiksi TB2 -seoksen mikrorakenne ilmajäähdytyksen jälkeen on metastabiilinen vaihe. Ikääntymisen jälkeen 550 asteessa 8 tunnin ajan, nanomittakaavan vaiheen saostuu, mikä lisää lujuutta 20%.
Vaihe jäähdytys:Kompleksimuotoisissa osissa käytetään vaiheittaista prosessia, joka yhdistää nopean jäähdytyksen korkean lämpötilan vyöhykkeellä ja hitaasti jäähdytystä matalan lämpötilan vyöhykkeellä. Esimerkiksi ilma-aluksen moottorin terä on ensin vesijäähdytteinen 600 asteeseen ja jäähdytetään sitten hitaasti ilmauunissa huoneenlämpötilaan, estäen halkeilua säilyttäen samalla mikrorakenteen tasaisuus.
Mikrorakenteen hallinta: Transformaatio "epävakaasta vaiheesta" "sademäärään kovettuminen"
Sammutuksen päätarkoitus on saada metastabiilit vaiheet (kuten ′ martensiitti ja metastabiilit faasi), jotta saadaan perusta sademäärän vahvistamisvaiheisiin ikääntymisen aikana. Mikrorakenteen hallinta keskittyy seuraaviin avainkohtiin:
Alkuperäisen mikrorakenteen optimointi:Ennen sammuttamista tarvitaan uudelleen kiteytymisen hehkutus työn kovettumisen poistamiseksi ja tasa -arvoisen tai korinrakenteen saavuttamiseksi. Esimerkiksi, kun hehkutettiin 750 asteessa 2 tunnin ajan, TC4-seoksen alkuperäistä viljakokoa säädetään 10-15 μm: iin. Sammutuksen jälkeen 'martensiittipeitteiden leveys on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,5 μm, ja saostumisfaasin koko on vieläkin hienompi ikääntymisen jälkeen.
Acikulaarisen rakenteen välttäminen:Jos alkuperäinen mikrorakenne koostuu karkeasta, tason 7-9 acicular-vaiheista, Widmanstatten muodostuu todennäköisesti sammutuksen jälkeen, mikä johtaa plastisuuden vähentymiseen. Esimerkiksi taontapidennys laski 15%: sta 8%: iin huonon alkuperäisen mikrorakenteen takia.
Vetypitoisuuden hallinta:Vetyä imeytyminen titaaniseoksissa voi aiheuttaa vedynhallinnon, joka vaatii tyhjövaiheisen hehkuttamisen (700-750 astetta /2H) ennen sammuttamista. Esimerkiksi dehydraushoidon jälkeen TC4 -seoksen vaikutuksen sitkeys 0,2% vetypitoisuudella kasvaa 15 J/cm²: sta 35 J/cm²: iin.
Käsittele tabuja: koskemattomat "punaiset viivat"
Vältä hidasta jäähdytystä:Jos -tyyppiset seokset jäähdytetään luonnollisesti ilmassa, vaihe hajoaa karkeaksi + lamelliksi, mikä johtaa riittämättömään lujuuteen. Esimerkiksi ilmajäähdytyksen TB2 -seoksen jälkeen huoneenlämpötilaan vetolujuus on vain 800 MPa, paljon pienempi kuin 1100 MPa vedenjäähdytyksen jälkeen.
Vältä toistuvaa sammutusta:Useat sammutus pahentaa viljaa karhuttamista. Esimerkiksi kolmen TC4 -seoksen sammutuksen jälkeen viljan koko kasvaa 25 μm: stä 120 μm: iin ja murtumislujuus vähenee 40%.
Estä hapettumisen saastuminen:Sammutuslämmitys on suoritettava tyhjiö- tai inerttien kaasunsuojauksessa, jotta pintaoksidikerrokset estävät myöhempiä prosessointia. Esimerkiksi lääketieteellisen laitteen osa kärsi jopa 50 HV: n pinnan kovuuspoikkeamista lämmitysuunin hapettumisen vuoksi.
Titanium seoksen sammutus on monitieteinen kenttä materiaalitieteen, termodynamiikan ja tekniikan käytännön risteyksessä. Sen ydin on tasapainon saavuttaminen lujuuden, plastisuuden ja sitkeyden välillä lämpötilan, nopeuden ja mikrorakenteen tarkan hallinnan avulla. Uusien tekniikoiden, kuten 3D-tulostettujen titaaniseosten ja toiminnallisesti gradienttimateriaalien, noustessa sammutusprosessit kehittyvät makroskooppisesta ohjauksesta mikrorakenteen suunnitteluun.
