Στην αεροδιαστημική, τις ιατρικές συσκευές, την κατασκευή-υψηλού εξοπλισμού και άλλους τομείς, το κράμα τιτανίου έχει γίνει ένα απαραίτητο βασικό υλικό λόγω της εξαιρετικής αντοχής, της αντοχής στη διάβρωση και των ελαφριών ιδιοτήτων του. Η εξαιρετική απόδοση των κραμάτων τιτανίου είναι αδιαχώριστη από την ακριβή ρύθμιση της διαδικασίας θερμικής επεξεργασίας και τους πολύπλοκους δομικούς μετασχηματισμούς που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Σήμερα, θα εμβαθύνουμε στη βασική γνώση της θερμικής επεξεργασίας από κράμα τιτανίου και του μετασχηματισμού ιστών και θα αποκαλύψουμε τον τεχνικό κώδικα πίσω από αυτό το «διαστημικό μέταλλο».
Νόμος μηχανικού μετασχηματισμού στη θερμική επεξεργασία κραμάτων τιτανίου
Η ουσία της θερμικής επεξεργασίας είναι να καθοδηγήσει τον ομαλό μετασχηματισμό της εσωτερικής δομής του κράματος τιτανίου μέσω της ρύθμισης της θερμοκρασίας και της ταχύτητας ψύξης. Από τη θέρμανση έως την ψύξη έως τη γήρανση, η δομή των κραμάτων τιτανίου υφίσταται μια σειρά από πολύπλοκες αλλαγές που καθορίζουν άμεσα τις τελικές ιδιότητες του υλικού.
1. Διαδικασία Θέρμανσης: Το «Τρίο» Ανάκτησης, Ανακρυστάλλωσης και Μετάβασης Φάσης
Όταν θερμαίνονται, τα κράματα τιτανίου συνήθως υφίστανται μετασχηματισμό κρυσταλλικής μορφής (μετάβαση μεταξύ φάσης και φάσης) ταυτόχρονα και εάν πρόκειται για ψυχρό-παραμορφωμένο κράμα τιτανίου, θα υποβληθεί επίσης σε διαδικασίες ανάκτησης και ανακρυστάλλωσης, οι οποίες μαζί διαμορφώνουν τη μικροδομή μετά τη θέρμανση.
(1) Αποκατάσταση και ανακρυστάλλωση: επισκευάστε την παραμορφωμένη δομή και βελτιστοποιήστε τη δομή των κόκκων
Μετά την κρύα επεξεργασία, το κράμα τιτανίου έχει μεγάλο αριθμό ελαττωμάτων που προκαλούνται από παραμόρφωση (όπως εξάρθρωση και κενό) και μετά τη θέρμανση σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, θα εμφανιστεί πρώτα η "ανάκτηση": στους 450~640 βαθμούς (η θερμοκρασία ανάκτησης είναι χαμηλότερη από τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης), μέρος της εσωτερικής τάσης εξαλείφεται μέσω της αργής μετακίνησης του υλικού στο βασικό σχήμα και παραμένει η κενότητα. αμετάβλητο.
Καθώς η θερμοκρασία συνεχίζει να ανεβαίνει, αρχίζει να συμβαίνει "ανακρυστάλλωση": νέοι μη{0}}παραμορφώσεις-ελεύθερες ισοαξονικοί κόκκοι εμφανίζονται σταδιακά στην παραμορφωμένη δομή και αυτοί οι νέοι κόκκοι θα αντικαταστήσουν σταδιακά τους παραμορφωμένους κόκκους, μειώνοντας τελικά τη σκληρότητα του υλικού και αποκαθιστώντας την πλαστικότητά του. Τα χαρακτηριστικά ανακρυστάλλωσης διαφορετικών τύπων κραμάτων τιτανίου είναι προφανώς διαφορετικά:
• κράμα τιτανίου: περιορισμένη ικανότητα ψυχρής παραμόρφωσης, δύσκολο να εξευγενιστούν κόκκοι μέσω παραμόρφωσης και ανακρυστάλλωσης.
• κράμα τιτανίου: ισχυρή ικανότητα ψυχρής παραμόρφωσης, η οποία μπορεί να επιτύχει έναν ορισμένο βαθμό ραφιναρίσματος κόκκων μέσω παραμόρφωσης και ανακρυστάλλωσης.
• διπλό κράμα τιτανίου: Με τη βοήθεια της παραμόρφωσης και της ανακρυστάλλωσης, μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει τη δομή, αλλά και να βελτιώσει περαιτέρω την πλαστικότητα.
(2) μετάβαση φάσης σε φάση: ο «διακόπτης θερμοκρασίας» κρυσταλλικής μορφής
Όταν η θερμοκρασία θέρμανσης υπερβαίνει το → σημείο μετάβασης φάσης, τα κράματα τιτανίου ξεκινούν μια κρυσταλλική μετάβαση από φάση σε φάση. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το καθαρό τιτάνιο, η θερμοκρασία μετάβασης φάσης του είναι περίπου 875±5 βαθμούς. Αξίζει να σημειωθεί ότι η σχέση θέσης Burgers παραμένει αμετάβλητη καθ' όλη τη διάρκεια της μετάβασης φάσης ↔, γεγονός που παρέχει μια σημαντική βάση για τη συντονίσιμη δομή των κραμάτων τιτανίου.
2. Διαδικασία ψύξης: Η ταχύτητα καθορίζει τον ιστό και ο ιστός καθορίζει την απόδοση
Η ταχύτητα ψύξης είναι ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει την τελική δομή των κραμάτων τιτανίου και κάτω από διαφορετικές ταχύτητες ψύξης, τα κράματα τιτανίου θα σχηματίσουν εντελώς διαφορετική μορφολογία μικροδομής, η οποία με τη σειρά της παρουσιάζει σημαντικά διαφορετικές ιδιότητες.
(1) Αργή ψύξη: ομαλή μετάβαση, σχηματισμός σταθερής φάσης
Όταν το κράμα τιτανίου ψύχεται αργά από την μονοφασική-περιοχή στη διφασική-περιοχή, η φάση αλλάζει σταδιακά στη φάση και οι δύο ακολουθούν αυστηρά τη σχέση προσανατολισμού Burgers: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0] . Η δομή που σχηματίζεται από αυτή την ομαλή μετάβαση είναι εξαιρετικά σταθερή, η οποία είναι κατάλληλη για σενάρια με υψηλές απαιτήσεις σταθερότητας υλικού.
(2) Ταχεία ψύξη: επάγετε τη μετασταθερή φάση για να ανοίξει ο δρόμος για ενίσχυση
Η ταχεία ψύξη (όπως η απόσβεση του νερού) μπορεί να διαταράξει τη διαδικασία μετάβασης ισορροπίας της δομής του κράματος τιτανίου, η οποία μπορεί να προκαλέσει μεταβάσεις μαρτενσιτικής φάσης, σχηματισμό σβησμένης φάσης ω, δημιουργία υπερκορεσμένης φάσης και υπολειμματική διατήρηση φάσης υψηλής- θερμοκρασίας. Τα προϊόντα τελικού μετασχηματισμού (όπως ′, , ω, υπερψυγμένη φάση, μετασταθερή φάση, υπερκορεσμένη φάση) εξαρτώνται κυρίως από την περιεκτικότητα σε σταθερά στοιχεία στο κράμα τιτανίου, τα οποία αποτελούν τις «πρώτες ύλες πυρήνα» για την επακόλουθη ενίσχυση γήρανσης.
3. Μεταμόρφωση γήρανσης: μετασταθής φάση "μεταμόρφωση" για να επιτευχθεί άλμα απόδοσης
Η μετασταθερή φάση που παράγεται από την ταχεία ψύξη δεν είναι σταθερή και θα αλλάξει σταδιακά σε φάση ισορροπίας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας γήρανσης, συνοδευόμενη από αποσύνθεση μετασταθερής φάσης, αποσύνθεση υπερκορεσμένης φάσης και άλλες αντιδράσεις. Αυτή η διαδικασία είναι ο θεμελιώδης λόγος για τον οποίο τα κράματα τιτανίου μπορούν να επιτύχουν βελτίωση αντοχής και σκληρότητας μέσω θερμικής επεξεργασίας και είναι επίσης ένας βασικός κρίκος στη μετατροπή των κραμάτων τιτανίου από "βασική μορφή" σε "μορφή-υψηλής απόδοσης".
4. Συν-ανάλυση και μεταμόρφωση: ο "πλαστικός δολοφόνος" που πρέπει να προσέχουμε
Η ευτηκτική μετάβαση των κραμάτων τιτανίου βρίσκεται συνήθως σε κράματα που αποτελούνται από σταθερά στοιχεία τιτανίου και γρήγορα ευτηκτικά κράματα, η οποία συνήθως οδηγεί σε μείωση της πλαστικότητας του υλικού, κάτι που δεν είναι καλό για την απόδοση επεξεργασίας και συντήρησης του υλικού. Ωστόσο, με ισοθερμική επεξεργασία του ιστού μετά τον ευτηκτικό μετασχηματισμό, μπορεί να μετατραπεί σε μη-στρωματικό ιστό μεγέθους Bain, γεγονός που ανακουφίζει σε κάποιο βαθμό το πρόβλημα της μείωσης της πλαστικότητας.
5. Στρες-Προκαλούμενη μετάβαση φάσης: Ξεκλείδωμα "Αλλαγή φάσης-Προκαλούμενη πλαστικότητα"
Η μετασταθερή φάση θα μετατραπεί σε μαρτενσιτικό (π.χ. εξαγωνικό μαρτενσιτικό ′, ορθορομβικό μαρτενσιτικό ") υπό πίεση ή καταπόνηση, μια διαδικασία γνωστή ως-επαγόμενη από στρες μετάβαση φάσης. Αυτή η μετάβαση μπορεί να δημιουργήσει ένα "επαγόμενο πλαστικό αποτέλεσμα μετάβασης φάσης{{4}", το οποίο βελτιώνει σημαντικά την επιμήκυνση και την επιμήκυνση και την απόδοση του στρώματος. κραμάτων τιτανίου σε σενάρια υπό πολύπλοκες τάσεις (όπως δομικά μέρη της αεροδιαστημικής).
