Na indústria aeroespacial, em dispositivos médicos, na fabricação-de equipamentos de ponta e em outros campos, a liga de titânio se tornou um material essencial indispensável devido à sua excelente resistência, resistência à corrosão e propriedades leves. O excelente desempenho das ligas de titânio é inseparável da regulação precisa do processo de tratamento térmico e das complexas transformações estruturais que ocorrem durante o processo. Hoje, aprofundaremos o conhecimento básico do tratamento térmico de ligas de titânio e da transformação de tecidos, e descobriremos o código técnico por trás desse "metal espacial".
Lei de transformação mecânica no tratamento térmico de ligas de titânio
A essência do tratamento térmico é orientar a transformação ordenada da estrutura interna da liga de titânio através da regulação da temperatura e da velocidade de resfriamento. Do aquecimento ao resfriamento e ao envelhecimento, a estrutura das ligas de titânio sofre uma série de alterações complexas que determinam diretamente as propriedades finais do material.
1. Processo de Aquecimento: O “Trio” de Recuperação, Recristalização e Transição de Fase
Quando aquecidas, as ligas de titânio geralmente sofrem transformação da forma cristalina (transição entre fase e fase) ao mesmo tempo, e se for uma liga de titânio-deformada a frio, também passará por processos de recuperação e recristalização, que juntos moldam a microestrutura após o aquecimento.
(1) Restauração e recristalização: reparar a estrutura deformada e otimizar a estrutura do grão
Após o trabalho a frio, a liga de titânio apresenta um grande número de defeitos causados por deformação (como deslocamento e vacância), e após aquecimento a uma determinada temperatura, a "recuperação" ocorrerá primeiro: em 450 ~ 640 graus (a temperatura de recuperação é inferior à temperatura de recristalização), parte da tensão interna é eliminada através do movimento lento da vacância e deslocamento, mas a forma do grão do material permanece basicamente inalterada.
À medida que a temperatura continua a subir, a "recristalização" começa a ocorrer: novos grãos isoaxiais não{0}}livres de distorção-aparecem gradualmente na estrutura deformada, e esses novos grãos substituirão gradualmente os grãos deformados, eventualmente reduzindo a dureza do material e restaurando sua plasticidade. As características de recristalização de diferentes tipos de ligas de titânio são obviamente diferentes:
• liga de titânio: capacidade limitada de deformação a frio, grãos difíceis de refinar através de deformação e recristalização;
• liga de titânio: forte capacidade de deformação a frio, que pode atingir um certo grau de refinamento de grão através de deformação e recristalização;
• liga duplex de titânio: Com a ajuda da deformação e recristalização, pode não apenas refinar a estrutura, mas também melhorar ainda mais a plasticidade.
(2) transição de fase para fase: o "interruptor de temperatura" da forma de cristal
Quando a temperatura de aquecimento excede → ponto de transição de fase, as ligas de titânio iniciam uma transição cristalina de fase para fase. Tomando o titânio puro como exemplo, sua temperatura de transição de fase é de cerca de 875±5 graus. Vale a pena notar que a relação posicional de Burgers permanece inalterada durante toda a transição de fase ↔, o que fornece uma base importante para a estrutura ajustável das ligas de titânio.
2. Processo de resfriamento: a velocidade determina o tecido e o tecido determina o desempenho
A velocidade de resfriamento é um fator chave que afeta a estrutura final das ligas de titânio e, sob diferentes velocidades de resfriamento, as ligas de titânio formarão morfologias de microestrutura completamente diferentes, que por sua vez mostram propriedades significativamente diferentes.
(1) Resfriamento lento: transição ordenada, formando uma fase estável
Quando a liga de titânio esfria lentamente da região-de fase única para a região de-duas fases, a fase muda gradualmente para a fase, e as duas seguem estritamente a relação de orientação de Burgers: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0] . A estrutura formada por esta transição ordenada é altamente estável, o que é adequado para cenários com elevados requisitos de estabilidade do material.
(2) Resfriamento rápido: induza a fase metaestável para preparar o caminho para o fortalecimento
O resfriamento rápido (como a têmpera em água) pode interromper o processo de transição de equilíbrio da estrutura da liga de titânio, o que pode induzir transições de fase martensítica, formação de fase ω extinta, geração de fase supersaturada e retenção residual de fase de alta-temperatura. Os produtos finais de transformação (como ′, ", ω, fase super-resfriada, fase metaestável, fase supersaturada) dependem principalmente do conteúdo de elementos estáveis na liga de titânio, que são as "matérias-primas essenciais" para posterior fortalecimento por envelhecimento.
3. Transformação do envelhecimento: "transformação" de fase metaestável para alcançar salto de desempenho
A fase metaestável produzida pelo resfriamento rápido não é estável e mudará gradualmente para uma fase de equilíbrio durante o processo de envelhecimento, acompanhada pela decomposição da fase metaestável, decomposição da fase supersaturada e outras reações. Este processo é a razão fundamental pela qual as ligas de titânio podem alcançar melhoria de resistência e dureza através do tratamento térmico, e também é um elo fundamental na transformação de ligas de titânio da "forma básica" para a "forma de alto-desempenho".
4. Co-análise e transformação: o "assassino de plástico" que precisa ser cauteloso
A transição eutética de ligas de titânio é comumente encontrada em ligas compostas por elementos estáveis de titânio e ligas eutéticas rápidas, o que geralmente leva a uma diminuição na plasticidade do material, o que não é bom para o processamento e desempenho de serviço do material. Porém, pelo tratamento isotérmico do tecido após a transformação eutética, ele pode ser transformado em um tecido não-lamelar do tamanho de Bain, o que alivia até certo ponto o problema do declínio da plasticidade.
5. Transição de Fase Induzida por Estresse-: Desbloqueie a "Mudança de Fase-Plasticidade Induzida"
A fase metaestável se transformará em martensítica (por exemplo, martensítica hexagonal ′, martensítica ortorrômbica ") sob deformação ou tensão, um processo conhecido como transição de fase induzida por tensão. Esta transição pode produzir um "efeito plástico induzido por transição de fase-, que melhora significativamente o alongamento e a taxa de endurecimento por deformação de ligas de titânio, e fornece garantia de desempenho para a aplicação de ligas de titânio em cenários sob tensões complexas (como peças estruturais aeroespaciais).
