Tecnologia de processamento termomecânico para -ligas de titânio

-as ligas de titânio se tornaram um dos principais pontos de pesquisa em materiais de liga de titânio devido à sua excelente trabalhabilidade a quente e a frio, propriedades mecânicas ajustáveis ​​e estabilidade em uma ampla faixa de temperatura. A deformação plástica combinada com tratamento térmico e processamento termomecânico (TMP) pode efetivamente otimizar a microestrutura das ligas de titânio - e obter regulação precisa das propriedades mecânicas.

 

 

Análise das propriedades das ligas de beta titânio

 

 

O núcleo está no efeito sinérgico da "evolução microestrutural induzida pela deformação" e das "fases de precipitação controladas pelo tratamento térmico-", que regula com precisão o comportamento dos defeitos do cristal durante a deformação e o processo de transformação de fase/precipitação durante o tratamento térmico para otimizar a microestrutura e as propriedades do material.

 

1.Deformação-Enriquecimento induzido de defeitos de cristal e refinamento de grãos

A deformação plástica gera um grande número de discordâncias em -ligas de titânio. Com o aumento da quantidade de deformação, o deslizamento das discordâncias e o emaranhamento formam subestruturas, que são posteriormente refinadas em subgrãos equiaxiais ou grãos recristalizados através de recuperação/recristalização dinâmica. Os grãos finos podem melhorar a resistência por meio do fortalecimento dos limites dos grãos e reduzir a concentração de tensão para aumentar a tenacidade (efeito-de fortalecimento dos grãos finos). A temperatura de deformação determina a morfologia da microestrutura: a deformação na região da fase - tende a obter grãos uniformes e finos, enquanto a deformação na região + fase dupla-forma uma estrutura complexa e refinada de fase dupla-.

 

2.Regulação Sinérgica das Fases de Transformação de Fase e Precipitação

Ao controlar a taxa de resfriamento e o processo de envelhecimento, a transformação da fase -em fase -e fase ω-é regulada:

A fase -é a principal fase de fortalecimento. Os defeitos cristalinos introduzidos pela deformação fornecem locais de nucleação, permitindo a precipitação de forma dispersa e fina, o que dificulta o movimento de discordância para alcançar o fortalecimento da precipitação. O envelhecimento em-baixa temperatura forma a fase - acicular/lamelar, enquanto o envelhecimento em-alta temperatura forma a fase -esférica (equilibrando resistência e tenacidade).

Embora a fase ω- melhore significativamente a resistência, ela reduz drasticamente a tenacidade, por isso é necessário evitá-la ou inibi-la controlando a taxa de resfriamento e a composição da liga.

 

3.Relaxamento de tensão e otimização da estabilidade microestrutural

O processo de aquecimento do tratamento térmico promove a difusão atômica, realizando a aniquilação dos deslocamentos e a eliminação das tensões residuais, o que evita deformações e rachaduras durante o processamento/serviço subsequente. Ele estabiliza a estrutura de grãos finos-induzidos-deformação, melhora sua estabilidade térmica e evita o crescimento de grãos em serviços de alta-temperatura. Esse efeito permite o desempenho de processamento, a estabilidade dimensional e a vida útil do material, tornando-o adequado para condições de trabalho de alta-temperatura e alto-estresse, como no setor aeroespacial.

 

 

1. Rotas de processo principais

Deformação na região de -fase + Envelhecimento: Aqueça até a região de -fase (50-150 graus acima da -temperatura transus), deforme, depois esfrie rapidamente até a temperatura ambiente e execute o tratamento de envelhecimento. Este processo obtém grãos uniformemente refinados e fases -dispersas e é adequado para componentes estruturais de alta-resistência e alta tenacidade.

 

Deformação na região de fase +-dupla + Envelhecimento: Aqueça a região de fase +-dupla (entre a temperatura -transus e a temperatura ambiente), deforme para refinar a estrutura através da interface de fase-dupla e envelheça após o resfriamento. Ele tem alta resistência e excelente desempenho em fadiga e é adequado para componentes carregados-de fadiga, como pás de motores aeronáuticos.

Para ligas com requisitos especiais, processos compostos como deformação-envelhecimento em etapas e processamento termomecânico isotérmico podem ser adotados para otimizar o desempenho.

 

2. Controle dos principais parâmetros do processo

• Temperatura de deformação (PrincipalParâmetro)

-região de fase: controlada em -transus +50 grau ~ -transus +100 grau para garantir recristalização dinâmica e refinamento de grão;

+ região de fase dupla-: -transus -50 graus ~ -transus -100 graus, retendo 10%-30% -fase para refinar a estrutura por meio de sinergia de fase dupla;

Ponto-chave: Temperatura excessivamente alta leva ao engrossamento do grão, enquanto temperatura excessivamente baixa aumenta a resistência à deformação e tende a causar rachaduras.

 

• Quantidade e taxa de deformação

Quantidade de deformação: 30% -70%. Deformações excessivamente grandes são propensas a fissuras, enquanto deformações excessivamente pequenas dificultam o refinamento da estrutura;

Taxa de deformação: Velocidade média-baixa (0,1-10 s⁻¹) para evitar o crescimento de grãos causado pelo aquecimento adiabático; para ligas-difíceis de deformar, a taxa pode ser reduzida ou a deformação gradual pode ser adotada.

 

• Taxa de resfriamento e parâmetros de envelhecimento

Resfriamento: Resfriamento rápido (resfriamento de água/resfriamento de óleo) para obter uma solução sólida supersaturada, estabelecendo as bases para o fortalecimento do envelhecimento; o resfriamento excessivamente lento reduzirá a resistência;

Envelhecimento: Baixa temperatura (350-450 graus, 1-4h) forma fases aciculares finas -com efeito de fortalecimento significativo; temperatura média-alta (450-600 graus, 4-8h) obtém fases esféricas/curtas em forma de haste, equilibrando resistência e tenacidade; o resfriamento do ar após o envelhecimento é suficiente para evitar tensões residuais.

 

 

 

Diagrama de fases detalhado da composição da fase da liga de titânio versus concentração de -elementos estabilizadores e temperatura

 

 

Dimensão de comparação	Ligas de titânio -de alta estabilidade -	Estabilidade-média -ligas de titânio	Baixa-estabilidade -ligas de titânio
Ligas Representativas	Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, Ti-10V-2Fe-3Al	Ti-6Al-4V ELI, Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr	Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-2Al-1,5Mn
Características principais	Alto teor de elementos -estabilizadores, mantendo a fase -estável à temperatura ambiente e a fase -é difícil de precipitar	Conteúdo moderado de -elementos estabilizadores, com boa deformabilidade e atividade de transformação de fase, mais amplamente utilizados	Baixo teor de -elementos estabilizadores, baixa estabilidade de fase -e propenso a → transformação de fase em temperatura ambiente
Mecanismo de Resposta ao TMP	A deformação na região de fase - atinge a recristalização dinâmica (grãos finos) e o envelhecimento a 500-650 graus precipita uma pequena quantidade de fases dispersas e compostos de TiAl, com fortalecimento sinérgico de "deformação + envelhecimento"	A deformação na região de fase +-dupla esmaga -fases e enriquece -deslocamentos de fase; após rápido resfriamento + envelhecimento, um grande número de fases - aciculares/lamelares dispersas precipitam, com fortalecimento sinérgico de grãos finos-e fortalecimento de precipitação	Defeitos cristalinos introduzidos pela deformação aceleram a transformação de fase, e um grande número de -fases podem precipitar pelo resfriamento do ar sem tratamento adicional de envelhecimento