Inom flyg, medicinsk utrustning, avancerad utrustningstillverkning och andra områden har titanlegering blivit ett oumbärligt nyckelmaterial på grund av dess utmärkta styrka, korrosionsbeständighet och lätta egenskaper. Den utmärkta prestandan hos titanlegeringar är oskiljaktig från den exakta regleringen av värmebehandlingsprocessen och de komplexa strukturella omvandlingar som sker under processen. Idag kommer vi att fördjupa oss i kärnkunskapen om värmebehandling av titanlegering och vävnadsomvandling, och avslöja den tekniska koden bakom denna "rymdmetall".
Lag om mekanisk omvandling vid värmebehandling av titanlegeringar
Kärnan i värmebehandling är att styra den ordnade omvandlingen av titanlegeringens inre struktur genom reglering av temperatur och kylhastighet. Från uppvärmning till kylning till åldring genomgår strukturen hos titanlegeringar en serie komplexa förändringar som direkt bestämmer materialets slutliga egenskaper.
1. Värmeprocess: "Trioen" av återhämtning, omkristallisering och fasövergång
När de värms upp genomgår titanlegeringar vanligtvis kristallformomvandling (övergång mellan fas och fas) samtidigt, och om det är en kall-deformerad titanlegering kommer den också att genomgå återvinnings- och omkristallisationsprocesser, som tillsammans formar mikrostrukturen efter uppvärmning.
(1) Restaurering och omkristallisering: reparera den deformerade strukturen och optimera kornstrukturen
Efter kallbearbetning har titanlegeringen ett stort antal defekter orsakade av deformation (såsom dislokation och vakans), och efter uppvärmning till en viss temperatur kommer "återhämtning" först att ske: vid 450~640 grader (återvinningstemperaturen är lägre än omkristallisationstemperaturen), elimineras en del av den inre spänningen genom den långsamma rörelsen av tomrummet, men materialet förblir oförändrat i grunden.
När temperaturen fortsätter att stiga, börjar "omkristallisering" inträffa: nya icke-förvrängnings-fria isoaxialkorn uppstår gradvis i den deformerade strukturen, och dessa nya korn kommer gradvis att ersätta de deformerade kornen, vilket så småningom minskar materialets hårdhet och återställer dess plasticitet. Omkristallisationsegenskaperna för olika typer av titanlegeringar är uppenbarligen olika:
• titanlegering: begränsad kalldeformationsförmåga, svåra att förädla korn genom deformation och omkristallisation;
• titanlegering: stark kalldeformationsförmåga, som kan uppnå en viss grad av kornförfining genom deformation och omkristallisation;
• duplex titanlegering: Med hjälp av deformation och omkristallisation kan den inte bara förfina strukturen, utan också förbättra plasticiteten ytterligare.
(2) fasövergång till fas: "temperaturomkopplaren" i kristallform
När uppvärmningstemperaturen överstiger → fasövergångspunkten initierar titanlegeringar en kristallövergång från fas till fas. Med rent titan som ett exempel är dess fasövergångstemperatur cirka 875±5 grader. Det är värt att notera att Burgers positionsförhållande förblir oförändrat under hela ↔ fasövergången, vilket ger en viktig grund för den avstämbara strukturen hos titanlegeringar.
2. Kylningsprocess: Hastigheten bestämmer vävnaden och vävnaden bestämmer prestandan
Kylhastigheten är en nyckelfaktor som påverkar den slutliga strukturen av titanlegeringar, och under olika kylningshastigheter kommer titanlegeringar att bilda en helt annan mikrostrukturmorfologi, vilket i sin tur visar väsentligt olika egenskaper.
(1) Långsam kylning: ordnad övergång, bildar en stabil fas
När titanlegeringen långsamt svalnar från enfasområdet till två-fasområdet ändras fasen gradvis till fasen och de två följer strikt Burgers orienteringsförhållande: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0] . Strukturen som bildas av denna ordnade övergång är mycket stabil, vilket är lämpligt för scenarier med höga krav på materialstabilitet.
(2) Snabb kylning: inducera metastabil fas för att bana väg för förstärkning
Snabb kylning (som vattensläckning) kan störa jämviktsövergångsprocessen för titanlegeringsstrukturen, vilket kan inducera martensitiska fasövergångar, släckt ω-fasbildning, generering av övermättad fas och kvarvarande hög-temperaturfasretention. De slutliga omvandlingsprodukterna (såsom ′, ", ω, underkyld fas, metastabil fas, övermättad fas) beror huvudsakligen på innehållet av stabila grundämnen i titanlegeringen, som är "kärnråvarorna" för efterföljande åldringsförstärkning.
3. Åldrande transformation: metastabil fas "transformation" för att uppnå prestanda språng
Den metastabila fasen som produceras genom snabb kylning är inte stabil och kommer gradvis att ändras till en jämviktsfas under åldringsprocessen, åtföljd av metastabil fassönderdelning, övermättad fassönderdelning och andra reaktioner. Denna process är den grundläggande anledningen till att titanlegeringar kan uppnå förbättring av styrka och hårdhet genom värmebehandling, och den är också en nyckellänk i omvandlingen av titanlegeringar från "basform" till "hög-prestandaform".
4. Sam-analys och transformation: "plastmördaren" som man måste vara försiktig med
Den eutektiska övergången av titanlegeringar finns vanligtvis i legeringar som består av stabila element av titan och snabba eutektiska legeringar, vilket vanligtvis leder till en minskning av materialets plasticitet, vilket inte är bra för materialets bearbetnings- och serviceprestanda. Genom isotermisk behandling av vävnaden efter eutektisk transformation kan den emellertid omvandlas till en icke-lamellär vävnad av Bain-storleken, vilket lindrar problemet med plasticitetsminskning i viss utsträckning.
5. Stress-Inducerad fasövergång: Lås upp "Fasförändring-Inducerad plasticitet"
Den metastabila fasen kommer att omvandlas till martensitisk (t.ex. hexagonal martensitisk ′, ortorhombisk martensitisk ") under töjning eller stress, en process som kallas stress-inducerad fasövergång. Denna övergång kan ge en "fasövergångs-inducerad plastisk effekt", som avsevärt förbättrar titanets härdningshastighet och förlänger töjningshastigheten och förlänger titan. tillämpning av titanlegeringar i scenarier under komplexa påfrestningar (som konstruktionsdelar för flygindustrin).
