Загальні методи термічної обробки титанових сплавів

Термічна обробка титанових сплавів: призначення та сімейства

Термообробка, яка зазвичай використовується для титанових сплавів, поділяється на дві групи: відпал і обробка розчином зі старінням. Відпал можна застосовувати для всіх типів титанового сплаву; його основна мета - отримати найкращу комбінацію механічних властивостей, зняти внутрішню напругу, поліпшити пластичність і стабілізувати структуру. Обробка розчином з подальшим старінням є основним засобом зміцнення титанових сплавів і використовується, коли потрібен вищий рівень міцності, ніж умова відпалу.

Відпал для зняття напруги

Температуру відпалу встановлюють на 100-250 градусів нижче температури рекристалізації сплаву. Мета полягає в тому, щоб усунути або зменшити внутрішні напруги, які виникають під час обробки, і запобігти або обмежити викривлення під час подальших операцій. Час витримки залежить від поперечного перерізу заготовки, історії її обробки та необхідного ступеня зняття напруги. Оскільки температура залишається нижчою за діапазон рекристалізації, деформована структура не рекристалізується, тому міцність по суті зберігається, а залишкова напруга знижується. У виробництві ця обробка використовується після зварювання, після важкої механічної обробки тонких профілів і між операціями формування.

Повний (рекристалізаційний) відпал

Повний відпал, також відомий як рекристалізаційний відпал, здійснюється між температурою рекристалізації та точкою бета-переходу, тобто при температурі, вищій за температуру рекристалізації сплаву, тому рекристалізація є домінуючим процесом. Його призначення - зменшити твердість, поліпшити пластичність, стабілізувати структуру і поліпшити оброблюваність. Тип відпалу, температура відпалу та спосіб охолодження відрізняються від одного титанового сплаву до іншого, і охолодження в печі, охолодження повітрям або контрольована швидкість охолодження вибирається відповідно. Обробка використовується для відновлення спрацьованої або частково рекристалізованої структури перед остаточним формуванням або механічною обробкою.

Подвійний відпал та ізотермічний відпал

Подвійний відпал складається зі стадії високої-температури та стадії низької{1}}температури, після чого йде охолодження повітрям. Етап високої-температури підтримується на 20-160 градусів нижче точки бета-переходу, а етап низької-температури утримується нижче точки бета-переходу на рівні, вибраному для забезпечення необхідного балансу пластичності та в’язкості до руйнування. Мета обробки — поліпшити пластичність і в'язкість руйнування сплаву, стабілізувати структуру; він широко використовується для поковок і для компонентів, які повинні поєднувати стійкість до пошкоджень з прийнятною міцністю.

Ізотермічний відпал є особливою формою подвійного відпалу. Заготівлю спочатку нагрівають до температури на 20-160 градусів нижче точки бета-переходу та витримують, потім переносять у піч, що підтримується при 600-650 градусах, і знову витримують, а нарешті охолоджують повітрям до кімнатної температури. Він підходить для титанових сплавів з високим вмістом бета-стабілізуючих елементів, а повільне рівномірне охолодження призначене для повного розкладання бета-фази з отриманням стабільної структури. Ізотермічний відпал вибирають, якщо товщина профілю призвела б до нерівномірної швидкості охолодження компонента. Оскільки етап перенесення є критичним, час перенесення та завантаження печі контролюються на виробництві. Метою обробки є отримання стабільної структури з однорідними властивостями.

Лікування розчином і старіння

Обробка розчином здійснюється вище температури перетворення альфа+бета дво{1}}фазної області, зазвичай на 28-83 градуси нижче точки бета-перетворення; в особливих випадках сплав можна також нагріти вище точки бета-перетворення. Обробка розчином супроводжується загартовуванням, яке зберігає високу частку метастабільної бета-фази та забезпечує здатність до подальшого вікового зміцнення.

Обробка старіння зазвичай проводиться при температурі від 425 градусів до 650 градусів. Температура старіння та час старіння визначаються на основі кривої-твердіння під час старіння конкретного сплаву, оскільки вони контролюють кількість, розмір і розподіл фази, що виділяється. Під час старіння метастабільна бета-фаза розкладається і виділяється дрібна друга фаза, що підвищує міцність сплаву. Обробка розчином у поєднанні зі старінням є стандартним шляхом до -високоміцних компонентів титанового сплаву, і як затримка гарту, так і графік старіння утримуються в жорстких межах, щоб властивості відтворювалися від партії до партії.

FAQ: термічна обробка титанових сплавів

З: Яка різниця між відпалом і обробкою розчином?
Відпал пом'якшує сплав, знімає напругу та стабілізує структуру, і його можна застосовувати до будь-якого титанового сплаву. Обробка розчином розчиняє фази при високій температурі, після чого відбувається загартування та старіння для підвищення міцності.

З: Як вибирається температура відпалу для зняття напруги?
Його встановлюють на 100-250 градусів нижче температури рекристалізації, щоб зменшити внутрішнє напруження без рекристалізації кованої структури.

З: Коли ізотермічний відпал слід використовувати замість подвійного відпалу?
Якщо сплав містить високий рівень бета-стабілізуючих елементів або коли профіль достатньо товстий, щоб пряме повітряне охолодження залишило бета-фазу лише частково розкладеною. Ізотермічний відпал використовує етап витримки 600-650 градусів для забезпечення повного розкладання.

З: Чому гасіння використовується після обробки розчином?
Загартування пригнічує дифузію при охолодженні та зберігає високу частку метастабільної бета-фази, яка є фазою, яка пізніше осідає та твердне сплав під час старіння.

Питання: Як вибираються температура та час старіння?
Вони зчитуються з кривої старіння-загартування конкретного сплаву, оскільки температура контролює тип і розмір осаду, а час визначає, наскільки далеко просувається реакція осаду.

З: Чи можна відпалити кожен титановий сплав?
так Відпал застосовний до всіх типів титанового сплаву, хоча тип відпалу, температура і метод охолодження підбираються індивідуально для кожного сплаву і форми продукту.