V letectví, medicíně, výrobě špičkových{0}}zařízení a dalších oborech se titanová slitina stala nepostradatelným klíčovým materiálem díky své vynikající pevnosti, odolnosti proti korozi a lehkým vlastnostem. Vynikající vlastnosti titanových slitin jsou neoddělitelné od přesné regulace procesu tepelného zpracování a složitých strukturálních přeměn, ke kterým během procesu dochází. Dnes se ponoříme do základních znalostí o tepelném zpracování slitiny titanu a transformaci tkání a odhalíme technický kód tohoto „vesmírného kovu“.
Zákon mechanické transformace při tepelném zpracování slitin titanu
Podstatou tepelného zpracování je vést uspořádanou transformaci vnitřní struktury titanové slitiny prostřednictvím regulace teploty a rychlosti chlazení. Od zahřívání přes chlazení až po stárnutí prochází struktura titanových slitin řadou složitých změn, které přímo určují konečné vlastnosti materiálu.
1. Proces zahřívání: „Trojice“ regenerace, rekrystalizace a přechodu fáze
Při zahřívání slitiny titanu obvykle současně procházejí transformací krystalické formy (přechodem mezi fází a fází), a pokud se jedná o slitinu titanu deformovanou za studena-, projde také regeneračními a rekrystalizačními procesy, které po zahřátí společně vytvarují mikrostrukturu.
(1) Obnova a rekrystalizace: opravte deformovanou strukturu a optimalizujte strukturu zrna
Po zpracování za studena má titanová slitina velké množství defektů způsobených deformací (jako je dislokace a vakance) a po zahřátí na určitou teplotu nejprve dojde k „zotavení“: při 450~640 stupních (teplota zotavení je nižší než teplota rekrystalizace) je část vnitřního napětí eliminována pomalým pohybem vakance a dislokací, ale tvar zrna materiálu zůstává v podstatě nezměněn.
Jak teplota stále stoupá, začíná docházet k „rekrystalizaci“: v deformované struktuře se postupně objevují nová izoaxiální zrna bez -zkreslení{1}} a tato nová zrna postupně nahradí deformovaná zrna, čímž se nakonec sníží tvrdost materiálu a obnoví se jeho plasticita. Rekrystalizační charakteristiky různých typů titanových slitin se samozřejmě liší:
• slitina titanu: omezená schopnost deformace za studena, obtížné zjemnění zrn prostřednictvím deformace a rekrystalizace;
• slitina titanu: silná schopnost deformace za studena, která může dosáhnout určitého stupně zjemnění zrna prostřednictvím deformace a rekrystalizace;
• duplexní slitina titanu: Pomocí deformace a rekrystalizace dokáže nejen zjemnit strukturu, ale také dále zlepšit plasticitu.
(2) fázový přechod do fáze: "teplotní spínač" krystalové formy
Když teplota ohřevu překročí → bod fázového přechodu, titanové slitiny iniciují krystalový přechod z fáze do fáze. Vezmeme-li jako příklad čistý titan, jeho teplota fázového přechodu je asi 875±5 stupňů. Stojí za zmínku, že Burgersův poziční vztah zůstává nezměněn během ↔ fázového přechodu, což poskytuje důležitý základ pro laditelnou strukturu titanových slitin.
2. Proces chlazení: Rychlost určuje tkáň a tkáň určuje výkon
Rychlost chlazení je klíčovým faktorem ovlivňujícím konečnou strukturu slitin titanu a při různých rychlostech chlazení budou slitiny titanu tvořit zcela odlišnou morfologii mikrostruktury, která zase vykazuje výrazně odlišné vlastnosti.
(1) Pomalé ochlazování: uspořádaný přechod, tvořící stabilní fázi
Když se titanová slitina pomalu ochlazuje z jednofázové oblasti do oblasti dvou fází, fáze se postupně změní na fázi a obě se striktně řídí vztahem orientace podle Burgerse: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0] . Struktura vytvořená tímto uspořádaným přechodem je vysoce stabilní, což je vhodné pro scénáře s vysokými požadavky na stabilitu materiálu.
(2) Rychlé ochlazení: indukujte metastabilní fázi, která připraví cestu pro posílení
Rychlé ochlazení (jako je kalení vodou) může narušit proces rovnovážného přechodu struktury titanové slitiny, což může vyvolat martenzitické fázové přechody, zhášenou tvorbu ω fáze, generování přesycené fáze a zbytkovou retenci vysokoteplotní -fázové fáze. Konečné transformační produkty (jako je ′, ", ω, podchlazená fáze, metastabilní fáze, přesycená fáze) závisí především na obsahu stabilních prvků v titanové slitině, které jsou "jádrovými surovinami" pro následné zpevnění stárnutím.
3. Transformace stárnutí: metastabilní fáze „transformace“ k dosažení výkonnostního skoku
Metastabilní fáze produkovaná rychlým ochlazením není stabilní a během procesu stárnutí se postupně změní na rovnovážnou fázi doprovázenou rozkladem metastabilní fáze, rozkladem přesycené fáze a dalšími reakcemi. Tento proces je základním důvodem, proč mohou slitiny titanu dosáhnout zlepšení pevnosti a tvrdosti pomocí tepelného zpracování, a je také klíčovým článkem při přeměně slitin titanu ze „základní formy“ na „vysoce-výkonnou formu“.
4. Ko-analýza a transformace: „plastový zabiják“, před kterým je třeba se mít na pozoru
Eutektický přechod slitin titanu se běžně vyskytuje u slitin složených ze stabilních prvků titanu a rychlých eutektických slitin, což obvykle vede ke snížení plasticity materiálu, což není dobré pro zpracovatelský a servisní výkon materiálu. Izotermickým ošetřením tkáně po eutektické přeměně však může být přeměněna na ne-lamelární tkáň Bainovy velikosti, což do určité míry zmírňuje problém poklesu plasticity.
5. Stresem-indukovaný fázový přechod: Odemkněte „Phase Change-Induced plasticity“
Metastabilní fáze se pod napětím nebo napětím přemění na martenzitickou (např. hexagonální martenzitickou ′, ortorombickou martenzitickou "), což je proces známý jako stres-indukovaný fázový přechod. Tento přechod může vytvořit "fázovým přechodem-vyvolaný plastický efekt", který výrazně zlepšuje poměr prodloužení a deformačního zpevnění u slitin titanu při komplexním namáhání slitin při použití slitin titanu, jako letecké konstrukční části).
