Titanyum ve Titanyum Alaşımlarının Isıl İşlemi (1）

Isıl İşlem, ürünün şeklini değiştirmeden metalin fiziksel veya mekanik özelliklerini değiştirmek amacıyla, metallerin çok hassas çevre koşulları altında kontrollü olarak ısıtılıp soğutulduğu bir işlemdir. Isıl işlem doğru şekilde yapılmazsa metal, mühendislerin tasarım spesifikasyonlarını karşılamak için gereken istenen özellikleri elde edemeyebilir.
Isıl İşlem tipik olarak malzemenin mukavemetini arttırmakla ilişkilendirilir, ancak aynı zamanda işlenebilirliği geliştirmek, şekillendirilebilirliği geliştirmek, sünekliği arttırmak veya korozyon direncini arttırmak için de sıklıkla kullanılır. Bu nedenle metalin belirlenen özelliklere ulaşmasını sağlayan kritik bir süreçtir.

Titanyum Alaşımlarının ısıl işleminin avantajları:

İmalat sırasında oluşan artık gerilimleri azaltın (gerilme giderme)
Süneklik, işlenebilirlik ve boyutsal ve yapısal stabilitenin (tavlama) optimal bir kombinasyonunu üretin
Gücü artırın (çözelti tedavisi ve yaşlandırma)

Kırılma tokluğu, yorulma mukavemeti ve yüksek sıcaklıkta sürünme mukavemeti gibi özel özellikleri optimize edin

Titanyumun gerilim gidermesi

Titanyum ve titanyum alaşımları, mukavemeti veya sünekliği olumsuz yönde etkilemeden gerilim giderme işlemine tabi tutulabilir.

Gerilim giderme işlemleri, birincisi, muntazam olmayan sıcak dövme veya soğuk şekillendirme ve düzleştirmeden kaynaklanan deformasyondan, ikincisi, levha veya dövme parçaların asimetrik işlenmesinden ve üçüncü olarak, dökümlerin kaynaklanması ve soğutulmasından kaynaklanan istenmeyen artık gerilimleri azaltır. Bu tür gerilimlerin ortadan kaldırılması, şekil stabilitesinin korunmasına yardımcı olur ve genellikle Bauschinger etkisi olarak bilinen basınç akma dayanımı kaybı gibi olumsuz koşulları ortadan kaldırır.

Gerilim giderme muhtemelen titanyum ve titanyum alaşımlarına uygulanan en yaygın ısıl işlemdir. Düzgün olmayan sıcak dövme deformasyonundan, düzgün olmayan soğuk şekillendirme ve düzleştirmeden, plakanın (hogouts) veya dövme parçaların asimetrik işlenmesinden, dövme, döküm veya toz metalurjisi (P/M) parçaların kaynaklanmasından kaynaklanan istenmeyen artık gerilimleri azaltmak için kullanılır. dökümlerin soğutulması.

Gerilim giderme, şekil stabilitesinin korunmasına yardımcı olur ve aynı zamanda titanyum alaşımlarında özellikle şiddetli olabilen basınç akma dayanımı kaybı (Bauschinger etkisi) gibi olumsuz koşulları da ortadan kaldırabilir. Gerilim giderme, mukavemeti veya sünekliği olumsuz etkilemeden gerçekleştirilebilir.

Tavlama

Titanyum ve titanyum alaşımlarının tavlanması öncelikle kırılma tokluğunu, oda sıcaklığında sünekliği, boyutsal ve termal stabiliteyi ve sürünme direncini arttırmaya yarar. Pek çok titanyum alaşımı tavlanmış halde hizmete sunulur. Bir veya daha fazla özellikteki iyileştirme genellikle başka bir özelliğin pahasına elde edildiğinden, tavlama döngüsü tedavinin amacına göre seçilmelidir.
Yaygın tavlama tedavileri şunlardır:

Değirmen tavlaması, tüm değirmen ürünlerine uygulanan genel amaçlı bir işlemdir. Tam bir tavlama değildir ve ağır işlenmiş ürünlerin, özellikle sacların mikro yapılarında soğuk veya sıcak işleme izleri bırakabilir.

Çift yönlü tavlama, fazların şekillerini, boyutlarını ve dağılımlarını, geliştirilmiş sürünme direnci veya kırılma dayanıklılığı için gerekli olanlara göre değiştirir. Örneğin Corona 5 alaşımının dubleks tavlamasında ilk tavlama, deforme olanı küreselleştirmek ve hacim fraksiyonunu en aza indirmek için transusun yakınındadır. Bunu, küresel parçacıklar arasında yeni merceksi (siküler) çökeltmek için ikinci, daha düşük sıcaklıkta tavlama izler. Bu sivri formasyon, sürünme mukavemeti ve kırılma dayanıklılığındaki gelişmelerle ilişkilidir.

Kırılma tokluğunu arttırmak için yeniden kristalleştirme tavlaması ve tavlaması kullanılır. Yeniden kristalleştirme tavlamasında alaşım - aralığının üst ucuna kadar ısıtılır, bir süre tutulur ve ardından çok yavaş bir şekilde soğutulur. Son yıllarda, kırılma açısından kritik uçak gövdesi bileşenleri için tavlamanın yerini yeniden kristalleştirme tavlaması almıştır.

(Beta) Tavlama. Yeniden kristalleştirme tavlaması gibi tavlama da kırılma tokluğunu artırır. Beta tavlaması, tavlanan alaşımın transusunun üzerindeki sıcaklıklarda yapılır. Aşırı tane büyümesini önlemek için tavlama sıcaklığı transustan sadece biraz daha yüksek olmalıdır. Tavlama süreleri kesit kalınlığına bağlıdır ve dönüşümün tamamlanması için yeterli olmalıdır. Tane büyümesini kontrol etmek için dönüşümden sonraki sıcaklıktaki süre minimumda tutulmalıdır. Tane sınırlarında faz oluşumunu önlemek için daha büyük bölümler fanla soğutulmalı veya suyla söndürülmelidir.

Çözüm İşleme ve Yaşlandırma

Çözelti muamelesi ve yaşlandırma yoluyla alaşımlarda veya alaşımlarda çok çeşitli mukavemet seviyeleri elde edilebilir. Benzersiz Ti-2.5Cu alaşımı haricinde, titanyum alaşımlarının ısıl işlem tepkilerinin kökeni, düşük sıcaklıklarda yüksek sıcaklık fazının kararsızlığında yatmaktadır.
Bir alaşımın çözelti işleme sıcaklığına kadar ısıtılması daha yüksek bir faz oranı üretir. Fazların bu şekilde bölünmesi söndürme yoluyla sağlanır; müteakip yaşlandırmada, yüksek mukavemet sağlayan kararsız fazın ayrışması meydana gelir. Ticari alaşımlar genellikle çözeltiyle işlenmiş durumda sağlanır ve yalnızca yaşlandırılması gerekir. Titanyum alaşımlarının çözeltiyle işlenmesi genellikle transus sıcaklığının biraz üstünde veya biraz altında sıcaklıklara ısıtmayı içerir.
(Beta) alaşımları normalde üreticilerden çözeltiyle işlenmiş durumda elde edilir. Yeniden ısıtma gerekiyorsa, ıslatma süreleri tam çözüm elde etmek için gerektiği kadar uzun olmalıdır. Alaşımlar için çözelti işleme sıcaklıkları transusun üzerindedir; ikinci bir aşama olmadığından tane büyümesi hızlı bir şekilde ilerleyebilir.
- (Alfa-beta) alaşımları. Alaşımlar için çözelti-işlem sıcaklığının seçimi, yaşlandırma sonrasında arzu edilen mekanik özelliklerin kombinasyonuna dayanmaktadır. Alaşımların çözelti işlem sıcaklığındaki bir değişiklik, faz miktarlarını değiştirir ve sonuç olarak yaşlanmaya verilen tepkiyi değiştirir.
Yeterli süneklik ile yüksek mukavemet elde etmek için, alanda yüksek bir sıcaklıkta, normalde alaşımın transusunun 25 ila 85 derece (50 ila 150 derece F) altında çözelti işlemine tabi tutulması gerekir. Yüksek kırılma dayanıklılığı veya stres korozyonuna karşı geliştirilmiş direnç gerekiyorsa, tavlama veya çözelti işlemi istenebilir. Ancak bu aralıktaki ısıl işlem alaşımları süneklikte önemli bir kayba neden olur. Bu alaşımlar genellikle optimum süneklik, kırılma tokluğu, sürünme ve gerilim kopması özellikleri dengesini elde etmek için transusun altında çözelti ısıl işlemine tabi tutulur.

Söndürme

Alaşımlar tüm beta bölgesinden su ile hızlı bir şekilde soğutulursa, alfa fazının oluşma eğilimi bastırılır ve beta fazı korunur. Ancak bazı alaşım bileşimleri su verme sırasında kendine özgü bir dönüşüm sergiler. Bu martensitik veya kayma benzeri dönüşümün mekanizması tam olarak anlaşılmamıştır. Alfa üssü olarak adlandırılan bu yapının oluşumu, kafesin bir miktar bozulmasına neden olur. Bu bozulma ve bunun sonucunda ortaya çıkan gerilim, sert ve tok olan ve alfaya göre daha iyi yorulma özelliklerine sahip bir malzeme üretir. Bu söndürme işlemi aynı zamanda temperlemenin de başlangıç ​​noktasıdır.

Temperleme

Titanyum yükseltilmiş bir sıcaklıktan söndürüldüğünde, beta transusun altındaki bir sıcaklığa yeniden ısıtıldığında, uzun bir süre tutulduğunda ve tekrar söndürüldüğünde, temperlendiği söylenir. Temperlemede üç değişken mevcuttur: mevcut fazlar, tutulan süre ve temperleme sıcaklığı.

Başlangıç ​​yapısı alfa üssü içerdiğinde iki değişiklik meydana gelir: alfa üssü alfaya dönüşür ve daha uzun zamanlarda alfa tırtıklı hale gelir. Sonuç, sertlik ve mukavemet kaybı ve süneklik ve darbede artıştır. Ancak alfa-beta yapıları bu modeli izlemez. Alfa öncelikle değişmeden kalır; beta, beta fazının pahasına daha fazla alfa oluşturmak üzere ayrışır. Düşük sıcaklıklarda daha fazla alfa oluşacaktır; bu nedenle, düşük temperleme sıcaklıkları, aynı zaman aralıklarında yüksek sıcaklıkta temperlemeye göre mukavemet ve sertlikte daha büyük bir düşüşe ve süneklikte daha büyük bir artışa neden olur.

İzotermal Dönüşüm

Bir alaşımın tüm beta bölgesinden alfa-beta alanındaki sıcaklıklara sıcak söndürülmesi ve bir süre tutulması ve ardından oda sıcaklığına tekrar söndürülmesi üzerine malzeme izotermal olarak dönüştürülür. Bu şekilde muamele betadan alfa fazının çökelmesine neden olur. Yüksek sıcaklıklarda alfa, önce tanecik sınırlarında, daha sonra da beta taneciklerinin içinde çöker.
Bu işlem, dönüşüm sıcaklığının hemen altındaki sıcaklıklarda tutulduğunda, beta prime oluşumu nedeniyle ilk başta çok sert bir malzeme verir. Tutma süresi uzatılırsa sertlik ve mukavemet azalır, bununla birlikte süneklik ve tokluk da artar. Daha düşük sıcaklıklarda sertlik ve kırılganlıkta kademeli bir artış meydana gelir ve uzun sürelerde, kısa süreli yüksek sıcaklık işlemlerine göre daha yüksek bir sertlik elde edilebilir.

(Devam edecek)