Un ghid pentru tratarea cu soluție de aliaj de titan: ce este exact „solidificarea” și „dizolvarea”? - Știri

Dacă recoacerea este ca „a lua o saună și a te relaxa încet”, atunci imaginea vizuală a tratamentului cu soluție este exact invers: încălzireatitancomponenta la o temperatură foarte ridicată, ținând-o acolo până când este complet încălzită, apoi „trecând-o prin apă rece” cât mai repede posibil - stingerea apei. Unul este încălzirea lentă, celălalt este răcirea rapidă; procesele sunt exact opuse. Dar nu vă grăbiți să echivalați acest lucru cu procesul de „călire prin călire” folosit pentru oțel. Acest tratament „apă rece” pentru aliajele de titan ascunde un secret care sfidează bunul simț: scopul călirii nu este de a întări imediat materialul.

I. Să începem prin a dezminți un mit: de ce titanul nu se întărește instantaneu, așa cum o face oțelul când este stins?

Când oțelul este încălzit până când se încinge la roșu și apoi scufundat în apă, scoate un sunet de „foșnire” și devine suficient de dur pentru a zgâria sticla. Acest lucru se datorează faptului că atomii de carbon-carbon sunt minusculi, astfel încât în timpul răcirii rapide, ei nu au timp să difuzeze și sunt blocați efectiv în rețeaua cristalină, provocând distorsiuni severe și formând martensită tare și fragilă. Numai acest singur pas maximizează rezistența materialului. Mulți oameni presupun că aliajele de titan pot fi tratate în același mod. Dar martensita de titan nu funcționează așa. Elementele de aliere din titan - cum ar fi aluminiul, vanadiul și molibdenul - au aproximativ aceeași dimensiune ca atomii de titan; ei „deplasează” alți atomi pentru a se potrivi în rețeaua cristalină, spre deosebire de carbon, care este o particule mică forțată în goluri. Prin urmare, distorsiunile rețelei cauzate de martensita formată în timpul răcirii rapide - hexagonale ′ și ortorombic ″ - sunt mult mai puțin severe decât cele din oțel. Drept urmare, martensita obținută prin călirea aliajelor de titan oferă doar un efect de întărire limitat și chiar păstrează o ductilitate decentă.

II. Ce anume este „solidificat” și ce este „dizolvat” în soluție solidă?

La temperaturi ridicate, o parte din faza prezentă în aliajul de titan la temperaturi scăzute se dizolvă treptat în fază. Cu cât temperatura este mai mare - și cu atât este mai aproape de temperatura de transformare (T ) - cu atât faza se dizolvă mai mult și cu atât este mai mare concentrația de elemente de stabilizare (vanadiu, molibden, fier și crom) îmbogățite în fază. Tratarea cu soluție solidă presupune încălzirea aliajului la o temperatură suficient de ridicată (peste regiunea fazei +, sau chiar în regiunea monofazată), menținerea acestuia la acea temperatură pentru o durată suficientă pentru a permite dizolvarea completă a componentelor solubile, obținându-se astfel o „microstructură uniformă” la temperaturi ridicate; apoi răcind rapid pentru a îngheța procesul de difuzie într-o clipă - faza îmbogățită cu elemente de aliere este forțată să rămână la temperatura camerei înainte de a avea timp să precipite în timpul răcirii. Această stare înghețată poate fi martensitică ′/″ sau poate fi metastabilă care a fost reținută direct. Deși nu este cea mai puternică stare în sine, este „umplută” cu elemente care ar fi trebuit să precipite, dar nu au făcut-o. În termeni tehnici, aceasta se numește o soluție solidă suprasaturată - o stare „încordată” care este instabilă termodinamic și gata să se descompună în orice moment.

III. Cât ar trebui să fie timpul de reținere? Nu este determinat de un cronometru, ci de grosimea piesei de prelucrat. Temperatura de tratare a soluției este setată aproape de punctul de transformare a fazei, în timp ce timpul de menținere este determinat în întregime de dacă piesa de prelucrat poate fi încălzită complet. Diferențele sunt puternice: tabla și folia necesită de obicei doar 2 până la 30 de minute de timp de păstrare, în timp ce piesele foarte subțiri pot fi încălzite complet în doar câteva secunde; barele și piesele forjate necesită adesea câteva zeci de minute, iar forjarile mari speciale pot chiar să fie ținute până la 4 ore - dacă miezul nu este încălzit uniform, gradul de tratare a soluției va fi inconsecvent între interior și exterior, rezultând două seturi distincte de proprietăți după călire. Cartea notează, de asemenea, în mod specific: dacă se folosește un termocuplu pentru a măsura temperatura direct pe sarcina cuptorului, timpul de menținere poate fi de fapt scurtat.

IV. Rețineți: starea tratată cu soluție nu este produsul final - acesta este un punct important de subliniat. O componentă de titan care tocmai a fost stinsă se află într-o stare suprasaturată, metastabilă; puterea sa nu este adesea încă pe deplin dezvoltată, iar microstructura sa este instabilă. Nu este un produs finit gata de livrare imediată. Este ca un fel de mâncare ale cărui ingrediente au fost pregătite și congelate rapid, gata pentru a fi gătite, dar pentru a-și scoate cu adevărat aroma, se bazează pe procesul de îmbătrânire ulterior. În practica inginerească, în general, nu este recomandabil să se întârzie tranziția de la tratarea cu soluție la îmbătrânire; acest lucru este valabil mai ales pentru clasele în care faza metastabilă suferă modificări lente la temperatura camerei - acestea trebuie introduse prompt în cuptorul de îmbătrânire.

Grade 5 Titanium alloy forged round ring