Sprievodca ošetrením roztoku titánovej zliatiny: Čo presne je „tuhnutie“ a „rozpustenie“? - Novinky

Ak je žíhanie ako „saunovanie a pomalá relaxácia“, potom vizuálny obraz liečby roztokom je presne opačný: zahrievanietitánkomponent na veľmi vysokú teplotu, podržte ho tam, kým sa dôkladne neprehreje, a potom ho čo najrýchlejšie "prelejete studenou vodou" - ochladenie vodou. Jedným z nich je pomalé zahrievanie, druhým je rýchle chladenie; procesy sú presne opačné. Nesnažte sa to však prirovnať k procesu „kalenia kalením“, ktorý sa používa pre oceľ. Toto ošetrenie titánových zliatin „studenou vodou“ skrýva tajomstvo, ktoré sa vymyká zdravému rozumu: účelom kalenia nie je okamžité vytvrdenie materiálu.

I. Začnime vyvrátením mýtu: Prečo titán nestvrdne okamžite ako oceľ po kalení?

Keď sa oceľ zahreje do červena a potom sa ponorí do vody, vydá zvuk „zasyčanie“ a stane sa dostatočne tvrdou na poškriabanie skla. To všetko vďaka tomu, že atómy uhlík-uhlík sú malé, takže počas rýchleho ochladzovania nemajú čas na difúziu a sú efektívne uzamknuté v kryštálovej mriežke, čo spôsobuje vážne skreslenie a vytvára tvrdý, krehký martenzit. Tento jediný krok sám o sebe maximalizuje pevnosť materiálu. Mnoho ľudí predpokladá, že zliatiny titánu možno spracovať rovnakým spôsobom. Ale titánový martenzit takto nefunguje. Legujúce prvky v titáne, ako je hliník, vanád a molybdén, majú približne rovnakú veľkosť ako atómy titánu; „vytláčajú“ iné atómy, aby sa zmestili do kryštálovej mriežky, na rozdiel od uhlíka, čo je malá častica vtlačená do medzier. Preto sú deformácie mriežky spôsobené martenzitom vytvoreným počas rýchleho ochladzovania - šesťuholníkové "a ortorombické" oveľa menej závažné ako v oceli. Výsledkom je, že martenzit získaný kalením titánových zliatin poskytuje len obmedzený spevňovací účinok a dokonca si zachováva slušnú ťažnosť.

II. Čo presne sa „tuhne“ a čo sa „rozpúšťa“ v tuhom roztoku?

Pri vysokých teplotách sa časť fázy prítomnej v titánovej zliatine pri nízkych teplotách postupne rozpúšťa do fázy. Čím vyššia je teplota - a čím je bližšie k transformačnej teplote (T ), tým viac sa fáza rozpúšťa a tým vyššia je koncentrácia stabilizujúcich prvkov (vanád, molybdén, železo a chróm) obohatených vo fáze. Spracovanie v tuhom roztoku zahŕňa zahriatie zliatiny na dostatočne vysokú teplotu (nad oblasťou + fázy alebo dokonca do jednofázovej oblasti), jej udržiavanie na tejto teplote počas dostatočnej doby, aby sa umožnilo úplné rozpustenie rozpustných zložiek, čím sa dosiahne „rovnomerná mikroštruktúra“ pri vysokých teplotách; potom sa rýchlo ochladí, aby sa okamžite zmrazil difúzny proces - fáza obohatená legovacími prvkami je nútená zostať pri izbovej teplote predtým, ako sa stihne vyzrážať počas chladenia. Tento zmrazený stav môže byť martenzitický ′/″ alebo môže byť metastabilný, ktorý bol priamo zachovaný. Aj keď to nie je najsilnejší stav sám o sebe, je "napchatý" prvkami, ktoré sa mali vyzrážať, ale nie. Technicky sa to nazýva presýtený tuhý roztok – „napätý“ stav, ktorý je termodynamicky nestabilný a je pripravený kedykoľvek sa rozložiť.

III. Aká dlhá by mala byť doba držania? Neurčuje to časovač, ale hrúbka obrobku. Teplota spracovania roztoku je nastavená blízko bodu fázovej transformácie, zatiaľ čo doba výdrže je úplne určená tým, či je možné obrobok úplne zahriať. Rozdiely sú výrazné: plech a fólia zvyčajne vyžadujú iba 2 až 30 minút držania, zatiaľ čo veľmi tenké kusy sa dajú úplne zahriať len za niekoľko sekúnd; tyče a výkovky často vyžadujú niekoľko desiatok minút a špeciálne veľké výkovky môžu byť dokonca potrebné podržať až 4 hodiny – ak sa jadro nezahreje rovnomerne, stupeň úpravy roztoku bude nekonzistentný medzi interiérom a exteriérom, čo bude mať za následok dve odlišné sady vlastností po kalení. V knihe sa tiež konkrétne uvádza: ak sa na meranie teploty priamo na vsádzke pece použije termočlánok, čas zdržania sa môže skutočne skrátiť.

IV. Pamätajte: Stav ošetrený roztokom nie je konečným produktom – to je dôležitý bod, ktorý treba zdôrazniť. Titánová zložka, ktorá bola práve ochladená, je v presýtenom, metastabilnom stave; jeho pevnosť často ešte nie je úplne vyvinutá a jeho mikroštruktúra je nestabilná. Nie je to hotový výrobok pripravený na okamžité dodanie. Je to ako jedlo, ktorého ingrediencie boli pripravené a rýchlo zmrazené – pripravené na varenie – ale aby skutočne vyniklo jeho chuť, spolieha sa na následný proces zrenia. V inžinierskej praxi sa vo všeobecnosti neodporúča odkladať prechod od úpravy roztoku k starnutiu; to platí najmä pre druhy, kde metastabilná fáza podlieha pomalým zmenám pri izbovej teplote – tieto sa musia okamžite umiestniť do pece na starnutie.

Grade 5 Titanium alloy forged round ring