Характеристики термической обработки титановых сплавов
(1) Мартенситное превращение не приведет к существенному изменению свойств титановых сплавов. Эта особенность отличается от мартенситного фазового превращения стали. Упрочнение титановых сплавов при термической обработке может зависеть только от старческого разложения метастабильной фазы (в том числе мартенситной), образующейся при закалке. Более того, метод термообработки чистых титановых сплавов типа А принципиально невозможен. Эффективная, то есть термическая обработка титановых сплавов применяется в основном для титановых сплавов + типа.
(2) Термическая обработка должна избегать образования ω-фазы. Образование ω-фазы сделает титановый сплав хрупким, а правильный выбор процесса старения (например, с использованием более высокой температуры старения) может привести к разложению ω-фазы.
(3) Трудно измельчить зерна титанового сплава с помощью повторяющихся фазовых переходов. Это также отличается от стальных материалов. В большинстве сталей можно использовать повторяющиеся фазовые превращения аустенита и перлита (или феррита, цементита) для контроля зарождения и роста новых фаз и достижения измельчения зерна. В титановых сплавах такого явления нет.
(4) Плохая теплопроводность. Плохая теплопроводность может привести к плохой прокаливаемости титановых сплавов, особенно +титановых сплавов, большим закалочным термическим напряжениям, а также склонности деталей к короблению при закалке. Из-за плохой теплопроводности титановые сплавы могут легко вызвать чрезмерное локальное повышение температуры при деформации, что делает возможным превышение локальной температуры точки превращения и образование видманштеттеновой структуры.
(5) Химически активен. При термообработке титановые сплавы легко вступают в реакцию с кислородом и парами воды, образуя на поверхности заготовки богатый кислородом слой или оксидную окалину определенной глубины, что снижает эксплуатационные качества сплава. В то же время титановые сплавы легко поглощают водород при термообработке, вызывая водородное охрупчивание.
(6) Существует большая разница в точках перехода. Даже если ингредиенты одинаковы, из-за разной температуры плавки их трансформация
Иногда температура сильно различается.
(7) При нагреве в фазовой области зерна имеют тенденцию к росту. Крупение зерен может привести к резкому снижению пластичности сплава, поэтому необходимо строго контролировать температуру и время нагрева, а термообработку в фазовой области применять с осторожностью.
Виды термической обработки титановых сплавов
Фазовый переход титанового сплава лежит в основе термической обработки титанового сплава. Чтобы улучшить характеристики титанового сплава, помимо разумного легирования, его необходимо сочетать с соответствующей термической обработкой. Существует несколько методов термической обработки титановых сплавов. Обычно используемые из них включают отжиг, старение, деформационную термообработку и химико-термическую обработку.
1. Обработка отжигом
Отжиг подходит для различных титановых сплавов и в конечном итоге улучшает пластичность сплава, устраняет его напряжения и стабилизирует структуру. Формы отжига включают отжиг для снятия напряжений, рекристаллизационный отжиг, двойной отжиг, изотермический отжиг и вакуумный отжиг.
(1) Отжиг для снятия напряжений. Для устранения внутренних напряжений, возникающих в процессе литья, холодной деформации и сварки, можно использовать отжиг для снятия напряжений. Температура отжига для снятия напряжений должна быть ниже температуры рекристаллизации, обычно на 450–650 градусов. Требуемое время зависит от размера поперечного сечения заготовки, истории обработки и требуемой степени снятия напряжений.
(2) Обычный отжиг. Целью является устранение основных напряжений в полуфабрикатах из титановых сплавов и придание им высокой прочности и пластичности, соответствующих техническим требованиям. Температура отжига обычно равна или немного ниже температуры начала рекристаллизации. Этот процесс отжига обычно используется, когда металлургическая продукция покидает завод, поэтому его также можно назвать заводским отжигом.
(3) Полный отжиг. Целью является полное исключение наклепа, стабилизация структуры и улучшение пластичности. В этом процессе в основном происходит рекристаллизация, поэтому его еще называют рекристаллизационным отжигом. Температура отжига предпочтительно находится между температурой рекристаллизации и температурой фазового превращения. При превышении температуры фазового превращения образуется видманштеттеновая структура и ухудшаются свойства сплава. Тип, температура и метод охлаждения отжига различаются в зависимости от типа титановых сплавов.
(4) Двойной отжиг. Для повышения вязкости разрушения, пластичности и стабильной структуры сплава необходимы два отжига. Структура сплава после отжига более однородная и близкая к равновесной. Для обеспечения стабильности структуры и свойств жаропрочных титановых сплавов при высоких температурах и длительных нагрузках часто применяют этот вид отжига. Двойной отжиг предполагает двукратный нагрев и охлаждение сплава на воздухе. Температура нагрева при первом высокотемпературном отжиге выше или близка к конечной температуре рекристаллизации, так что рекристаллизацию можно провести полностью, не вызывая значительного роста зерен, и можно контролировать объемную долю ар-фазы. После охлаждения на воздухе структура недостаточно устойчива, поэтому требуется повторный низкотемпературный отжиг. Температура отжига ниже температуры рекристаллизации и поддерживается в течение длительного времени для полного разложения метастабильной фазы, полученной при высокотемпературном отжиге.
(5) Изотермический отжиг. Изотермический отжиг обеспечивает наилучшую пластичность и термическую стабильность. Этот вид отжига подходит для двухфазных титановых сплавов с более высоким содержанием стабилизирующих элементов. При изотермическом отжиге используется метод ступенчатого охлаждения, то есть после нагрева до температуры выше температуры рекристаллизации и поддержания тепла его немедленно переносят в другую печь с более низкой температурой (обычно 600–650 градусов) для сохранения тепла, а затем охлаждают на воздухе до комнатная температура.
2Закалочная обработка
Закалочное старение является основным методом термической обработки и упрочнения титановых сплавов. Он использует фазовый переход для создания упрочняющего эффекта, поэтому его также называют усиливающей термической обработкой. Упрочняющий эффект термообработки титанового сплава зависит от природы, концентрации и особенностей термообработки элементов сплава, поскольку эти факторы влияют на тип, состав, количество и распределение метастабильной фазы, получаемой при закалке сплава, а также природу осажденной фазы при разложении метастабильной фазы. Структура, степень дисперсности и т. д., которые связаны с составом сплава, особенностями процесса термообработки и исходной структурой.
Для сплавов определенного состава эффект старения зависит от выбранного процесса термообработки. Чем выше температура закалки, тем более очевиден эффект усиления старения. Однако закалка выше температуры превращения приведет к хрупкости из-за слишком крупных зерен. Для двухфазных титановых сплавов с более низкой концентрацией можно использовать более высокую температуру закалки для получения большего количества мартенсита, а для двухфазных титановых сплавов с более высокой концентрацией можно использовать более низкую температуру закалки для получения более метастабильной фазы. , чтобы получить максимальный эффективный по времени эффект укрепления. Метод охлаждения обычно представляет собой водяное или масляное охлаждение, и процесс закалки должен быть быстрым, чтобы предотвратить разложение фазы во время процесса переноса и уменьшить эффект упрочнения старением. Выбор температуры и времени старения должен основываться на наилучших комплексных характеристиках. Как правило, температура старения титанового сплава + составляет 500–600 градусов, а время старения составляет 4–12 часов; в то время как температура старения титанового сплава типа составляет 450 ~ 550 градусов. , время 8–24 часа, метод охлаждения — воздушное.
