Tại sao xử lý nhiệt lại quan trọng đối với Titan
Hiệu suất hợp kim titan phụ thuộc vào cả thiết kế hợp kim và xử lý nhiệt. Ủ là phương pháp xử lý phổ biến nhất vì nó làm giảm ứng suất bên trong, phục hồi độ dẻo, ổn định cấu trúc vi mô và chuẩn bị vật liệu cho quá trình tạo hình hoặc gia công tiếp theo. Hiểu hành vi chuyển đổi pha - cụ thể là chuyển đổi alpha-sang-beta và nhiệt độ chuyển đổi beta - là cơ sở cho mọi lộ trình ủ được mô tả bên dưới.
1. Giảm bớt căng thẳng-
Ủ giảm ứng suất-loại bỏ ứng suất bên trong do đúc, gia công nguội hoặc hàn mà không làm thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô đã gia công. Nhiệt độ được giữdưới nhiệt độ kết tinh lại, thường là 450–650 độ đối với các loại titan thông thường. Thời gian giữ phụ thuộc vào độ dày của phần, lịch sử xử lý trước đó và mức độ nhẹ nhõm cần thiết. Vì nhiệt độ thấp nên độ bền và độ dẻo phần lớn được bảo toàn. Đối với các cụm hàn, việc giảm ứng suất cũng làm giảm nguy cơ biến dạng trong quá trình gia công tiếp theo.
2. Ủ thông thường (Nhà máy)
Ủ nhà máy là phương pháp xử lý tiêu chuẩn áp dụng cho bán{0}}thành phẩm trước khi vận chuyển. Nó loại bỏ các áp lực cơ bản trong quá trình sản xuất trong khi vẫn duy trì mức độ bền đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Nhiệt độ này có thể so sánh hoặc thấp hơn một chút so với nhiệt độ tái kết tinh và làm mát thường là làm mát bằng không khí. Cách xử lý này cân bằng độ bền và độ dẻo đối với hầu hết các hợp kim alpha và alpha{4}}beta thương mại và do đó là điều kiện mặc định được trích dẫn trong chứng chỉ vật liệu.
3. Ủ toàn bộ (kết tinh lại)
Ủ hoàn toàn loại bỏ hoàn toàn sự cứng lại của vật liệu, ổn định cấu trúc và tối đa hóa độ dẻo thông qua quá trình kết tinh lại. Nhiệt độ được chọngiữa nhiệt độ kết tinh lại và truyền beta. Phải tránh vượt quá quá trình chuyển đổi: nó thúc đẩy cấu trúc Widmanstätten (Weiss) thô và làm suy giảm các tính chất cơ học của hợp kim. Vì hợp kim alpha, alpha{2}}beta và gần{3}}beta phản ứng khác nhau nên nhiệt độ ủ và tốc độ làm nguội sẽ khác nhau theo cấp độ-.
4. Ủ song công
Ủ song công giúp cải thiện độ dẻo, độ bền khi nứt và độ ổn định của cấu trúc vi mô, đồng thời thường được sử dụng cho các hợp kim titan chịu nhiệt-phải giữ được các đặc tính ổn định dưới áp lực nhiệt độ-cao-lâu dài. Quá trình này bao gồm hai giai đoạn:
Ủ đầu tiên (nhiệt độ-cao):bằng hoặc cao hơn một chút so với nhiệt độ kết thúc quá trình kết tinh lại, đủ lâu để quá trình kết tinh lại hoàn toàn mà không làm hạt phát triển quá mức, đồng thời kiểm soát phần thể tích của pha alpha sơ cấp.
Ủ lần thứ hai (nhiệt độ{0}}thấp):dưới nhiệt độ kết tinh lại với thời gian giữ lâu hơn, cho phép pha beta siêu bền được giữ lại sau khi làm mát bằng không khí để phân hủy thành hỗn hợp alpha + beta mịn, ổn định.
Kết quả là một cấu trúc đồng nhất hơn gần với trạng thái cân bằng, với khả năng chống lại sự suy giảm đặc tính ở nhiệt độ sử dụng được cải thiện.
5. Ủ đẳng nhiệt
Ủ đẳng nhiệt mang lại sự kết hợp tốt nhất giữa độ dẻo và độ ổn định nhiệt, và phù hợphợp kim hai pha-(alpha-beta) có hàm lượng các phần tử ổn định beta-cao. Sau khi nung nóng trên nhiệt độ kết tinh lại và giữ, phôi được chuyển trực tiếp sang lò thứ hai ở nhiệt độ thấp hơn (thường là 600–650 độ), được giữ ở đó và sau đó làm mát bằng không khí-đến nhiệt độ phòng. Việc làm mát từng bước cho phép pha beta biến đổi trong các điều kiện được kiểm soát, tạo ra cấu trúc alpha + beta mịn, đồng nhất.
Lựa chọn lộ trình ủ
| Tuyến đường | Nhiệt độ điển hình | Mục đích | Phù hợp nhất với |
|---|---|---|---|
| Giảm căng thẳng | 450–650 độ | Loại bỏ ứng suất dư | Các bộ phận được hàn và gia công nguội- |
| ủ nhà máy | Gần kết tinh lại | Cân bằng sức mạnh / độ dẻo | Tấm, thanh, ống |
| Ủ đầy đủ | Kết tinh lại dưới mức beta transus | Độ dẻo tối đa, kết cấu ổn định | Sản phẩm được gia công nhiều |
| Ủ song công | Hai{0}}giai đoạn, cao + thấp | Độ dẻo dai và ổn định | Hợp kim chịu nhiệt- |
| Ủ đẳng nhiệt | Cao + 600–650 độ giữ | Độ dẻo và ổn định nhiệt tốt nhất | Hợp kim beta-rich alpha{1}}beta |
Đối với Ti-6Al-4V (TC4), quá trình ủ thông thường được thực hiện ở 700–790 độ, sau đó làm mát bằng không khí, trong khi xử lý bằng dung dịch và lão hóa (dung dịch ở khoảng 930–955 độ, làm nguội bằng nước, sau đó lão hóa ở 480–595 độ) được sử dụng khi cần độ bền cao hơn. Luôn xác nhận chu trình chính xác theo thông số kỹ thuật hiện hành (ASTM B265, ASTM B348, AMS 2801 hoặc tiêu chuẩn dành riêng cho hợp kim) vì nhiệt độ truyền beta thay đổi tùy theo thành phần hợp kim.
Khuyến nghị thực tế
Kiểm soát không khí lò; titan hấp thụ oxy và nitơ ở nhiệt độ cao, tạo thành lớp alpha giòn phải được loại bỏ sau khi xử lý.
Sử dụng cặp nhiệt điện gắn vào tải và xác nhận tính đồng nhất trước khi xử lý các bộ phận quan trọng.
Ghi lại toàn bộ chu trình (nhiệt độ, thời gian, tốc độ làm mát) trên chứng chỉ xử lý nhiệt-để truy xuất nguồn gốc.
Đối với các phần mỏng, sử dụng phương pháp làm mát nhanh hơn để tránh hạt phát triển quá mức; đối với các phần nặng, hãy kéo dài thời gian giữ tương ứng.
