المعالجة الحرارية لسبائك التيتانيوم والتيتانيوم (1)

المعالجة الحرارية هي عملية يتم من خلالها تسخين وتبريد المعادن تحت ظروف بيئية دقيقة للغاية من أجل تغيير الخصائص الفيزيائية أو الميكانيكية للمعدن دون تغيير شكل المنتج. إذا لم تتم المعالجة الحرارية بشكل صحيح، فقد لا يحقق المعدن الخصائص المطلوبة اللازمة لتلبية مواصفات تصميم المهندسين.
ترتبط المعالجة الحرارية عادة بزيادة قوة المواد، ولكنها تستخدم أيضًا بشكل متكرر لتحسين قابلية التصنيع، أو تحسين القابلية للتشكيل، أو زيادة الليونة أو زيادة مقاومة التآكل. ولذلك، فهي عملية حاسمة تضمن تحقيق الخصائص المحددة للمعدن.

مزايا المعالجة الحرارية لسبائك التيتانيوم:

تقليل الضغوط المتبقية التي تم تطويرها أثناء التصنيع (تخفيف الضغط)
إنتاج مزيج مثالي من الليونة، وقابلية التشغيل الآلي، والاستقرار الأبعاد والهيكلي (التليين)
زيادة القوة (حل العلاج والشيخوخة)

تحسين الخصائص الخاصة مثل صلابة الكسر، وقوة التعب، وقوة الزحف في درجات الحرارة العالية

تخفيف التوتر من التيتانيوم

يمكن تخفيف الضغط على سبائك التيتانيوم والتيتانيوم دون التأثير سلبًا على القوة أو الليونة.

تعمل معالجات تخفيف الإجهاد على تقليل الضغوط المتبقية غير المرغوب فيها الناتجة عن أولًا، الطرق الساخنة غير المنتظمة أو التشوه الناتج عن التشكيل والتقويم على البارد، ثانيًا، التشغيل غير المتماثل للوحة أو المطروقات، وثالثًا، لحام وتبريد المسبوكات. تساعد إزالة هذه الضغوطات في الحفاظ على استقرار الشكل وإزالة الظروف غير المواتية، مثل فقدان قوة الخضوع للضغط المعروف باسم تأثير بوشينغر.

من المحتمل أن يكون تخفيف الإجهاد هو المعالجة الحرارية الأكثر شيوعًا للتيتانيوم وسبائك التيتانيوم. يتم استخدامه لتقليل الضغوط المتبقية غير المرغوب فيها الناتجة عن تشوه الحدادة الساخنة غير المنتظمة، والتشكيل والتقويم غير المنتظمين على البارد، والتصنيع غير المتماثل للوحة (الخراطيم) أو المطروقات، ولحام الأجزاء المطاوع أو المصبوب أو تعدين المسحوق (P / M)، و تبريد المسبوكات.

يساعد تخفيف الإجهاد في الحفاظ على ثبات الشكل ويمكنه أيضًا التخلص من الظروف غير المواتية مثل فقدان قوة الخضوع للضغط - تأثير بوشينجر - الذي يمكن أن يكون شديدًا بشكل خاص في سبائك التيتانيوم. يمكن إجراء تخفيف الضغط دون التأثير سلبًا على القوة أو الليونة.

الصلب

يعمل تلدين التيتانيوم وسبائك التيتانيوم في المقام الأول على زيادة صلابة الكسر، والليونة في درجة حرارة الغرفة، وثبات الأبعاد والحرارة، ومقاومة الزحف. يتم وضع العديد من سبائك التيتانيوم في الخدمة في الحالة الصلبة. نظرًا لأن التحسين في خاصية واحدة أو أكثر يتم الحصول عليه عمومًا على حساب بعض الخصائص الأخرى، فيجب اختيار دورة التلدين وفقًا لهدف المعالجة.
علاجات الصلب الشائعة هي:

التلدين بالمطحنة هو معالجة للأغراض العامة تُعطى لجميع منتجات المطاحن. إنه ليس صلبًا بالكامل وقد يترك آثارًا للعمل البارد أو الدافئ في الهياكل الدقيقة للمنتجات شديدة العمل، وخاصة الألواح.

يؤدي التلدين المزدوج إلى تغيير أشكال وأحجام وتوزيعات المراحل إلى تلك المطلوبة لتحسين مقاومة الزحف أو صلابة الكسر. في التلدين المزدوج لسبيكة كورونا 5، على سبيل المثال، تكون التلدين الأول بالقرب من الناقل لكروية المشوه وتقليل نسبة حجمه. ويتبع ذلك عملية تصلب ثانية منخفضة الحرارة لترسيب عدسي جديد (حصي) بين الجزيئات الكروية. يرتبط هذا التكوين الحلقي بالتحسينات في قوة الزحف وصلابة الكسر.

يتم استخدام إعادة التبلور والتليين لتحسين صلابة الكسر. في عملية التلدين بإعادة البلورة، يتم تسخين السبيكة إلى الطرف العلوي من النطاق -، ويتم الاحتفاظ بها لبعض الوقت، ثم يتم تبريدها ببطء شديد. في السنوات الأخيرة، حل التلدين بإعادة البلورة محل التلدين لكسر مكونات هيكل الطائرة الحرجة.

(بيتا) التلدين. مثل التلدين بإعادة البلورة، التلدين يحسن صلابة الكسر. يتم إجراء التلدين بيتا عند درجات حرارة أعلى من نقل السبيكة التي يتم تلطيفها. لمنع النمو الزائد للحبوب، يجب أن تكون درجة حرارة التلدين أعلى قليلاً من عملية النقل. تعتمد أوقات التلدين على سمك القسم ويجب أن تكون كافية للتحول الكامل. يجب أن يبقى الوقت عند درجة الحرارة بعد التحول إلى الحد الأدنى للتحكم في نمو الحبوب. يجب تبريد الأجزاء الأكبر حجمًا بالمروحة أو إخمادها بالماء لمنع تكوين مرحلة عند حدود الحبوب.

علاج الحل والشيخوخة

يمكن الحصول على مجموعة واسعة من مستويات القوة في - أو السبائك عن طريق معالجة المحاليل والتعمير. باستثناء سبيكة Ti-2.5Cu الفريدة، يكمن أصل استجابات المعالجة الحرارية لسبائك التيتانيوم في عدم استقرار مرحلة درجة الحرارة المرتفعة عند درجات حرارة منخفضة.
يؤدي تسخين سبيكة إلى درجة حرارة معالجة المحلول إلى إنتاج نسبة أعلى من الطور. يتم الحفاظ على هذا التقسيم للأطوار عن طريق التبريد. في الشيخوخة اللاحقة، يحدث تحلل المرحلة غير المستقرة، مما يوفر قوة عالية. يتم توفير السبائك التجارية عمومًا في حالة المعالجة بالمحلول، وتحتاج فقط إلى أن تكون قديمة. تشتمل معالجة محلول سبائك التيتانيوم بشكل عام على التسخين إلى درجات حرارة أعلى قليلاً أو أقل قليلاً من درجة حرارة النقل.
يتم عادة الحصول على سبائك (بيتا) من المنتجين في حالة المعالجة بالمحلول. إذا كانت إعادة التسخين مطلوبة، فيجب أن تكون أوقات النقع فقط طالما كان ذلك ضروريًا للحصول على محلول كامل. تكون درجات حرارة معالجة المحلول للسبائك أعلى من درجة النقل؛ ونظرًا لعدم وجود مرحلة ثانية، يمكن أن يستمر نمو الحبوب بسرعة.
- سبائك (ألفا بيتا). يعتمد اختيار درجة حرارة معالجة المحلول للسبائك على مزيج من الخواص الميكانيكية المرغوبة بعد التعتيق. إن التغير في درجة حرارة معالجة المحلول للسبائك يغير كميات الطور وبالتالي يغير الاستجابة للشيخوخة.
للحصول على قوة عالية مع ليونة كافية، من الضروري معالجة المحلول عند درجة حرارة عالية في الحقل، عادة من 25 إلى 85 درجة (50 إلى 150 درجة فهرنهايت) أقل من نقل السبيكة. إذا كانت هناك حاجة إلى صلابة عالية للكسر أو مقاومة محسنة للتآكل الناتج عن الإجهاد، فقد يكون من المرغوب فيه التلدين أو المعالجة بالمحلول. ومع ذلك، فإن المعالجة الحرارية - السبائك الموجودة في النطاق تسبب خسارة كبيرة في الليونة. عادة ما يتم معالجة هذه السبائك بالحرارة أسفل الناقل للحصول على التوازن الأمثل للليونة، وصلابة الكسر، والزحف، وخصائص التمزق الإجهادي.

التبريد

إذا تم تبريد السبائك بسرعة عن طريق التبريد بالماء من منطقة بيتا بالكامل، فسيتم قمع ميل طور ألفا للتشكل، ويتم الاحتفاظ بطور بيتا. ومع ذلك، فإن بعض تركيبات السبائك تظهر تحولًا غريبًا عند التبريد. آلية التحول المارتنسيتي أو التحول الشبيه بالقص ليست مفهومة تمامًا. تشكيل هذا الهيكل، ما يسمى ألفا برايم، يسبب بعض التشوه في الشبكة. ينتج عن هذا التشوه والضغط الناتج مادة صلبة وقاسية، وتمتلك خصائص كلال أفضل من ألفا. تعتبر عملية التبريد هذه أيضًا نقطة البداية للتلطيف.

هدأ

عندما يتم إخماد التيتانيوم من درجة حرارة مرتفعة، ثم إعادة تسخينه إلى درجة حرارة أقل من ناقلة بيتا، وحفظه لفترة طويلة ثم يتم إخماده مرة أخرى، يقال إنه تم تلطيفه. توجد ثلاثة متغيرات في عملية التقسية: المراحل الحالية، والوقت المستغرق، ودرجة حرارة المعالجة.

عندما يحتوي الهيكل الأولي على ألفا أولي، يحدث تغييران: يتحول ألفا الأولي إلى ألفا، وفي أوقات أطول يصبح ألفا مسننا. والنتيجة هي فقدان الصلابة والقوة وزيادة في الليونة والتأثير. ومع ذلك، فإن هياكل ألفا بيتا لا تتبع هذا النمط. ألفا في المقام الأول يبقى دون تغيير. تتحلل بيتا لتشكل المزيد من ألفا على حساب مرحلة بيتا. عند درجات الحرارة المنخفضة، سيتم تشكيل المزيد من ألفا. وبالتالي، تؤدي درجات الحرارة المنخفضة للتلطيف إلى انخفاض أكبر في القوة والصلابة وزيادة أكبر في الليونة مقارنة بالتلطيف بدرجة الحرارة المرتفعة خلال فترات زمنية متطابقة.

التحول متساوي الحرارة

عند التبريد الساخن لسبيكة من منطقة بيتا بالكامل إلى درجات حرارة في مجال ألفا بيتا والاحتفاظ بها لفترة من الوقت ثم التبريد الإضافي إلى درجة حرارة الغرفة، تتحول المادة بشكل متساوي الحرارة. العلاج بهذه الطريقة يسبب ترسيب مرحلة ألفا من بيتا. عند درجات الحرارة المرتفعة، يترسب ألفا أولاً عند حدود الحبوب وبعد ذلك داخل حبيبات بيتا نفسها.
هذه المعالجة، عند الاحتفاظ بها عند درجات حرارة أقل بقليل من درجة حرارة التحول، تعطي في البداية مادة صلبة جدًا بسبب تكوين بيتا برايم. إذا تم تمديد فترة الاحتفاظ، فإن الصلابة والقوة تنخفض مع زيادة مصاحبة في الليونة والمتانة. في درجات الحرارة المنخفضة، يحدث ارتفاع تدريجي في الصلابة والهشاشة، وفي أوقات طويلة يمكن الحصول على صلابة أعلى من المعالجات القصيرة في درجات الحرارة المرتفعة.

(يتبع)