Welche Veränderungen treten in der Metallstruktur von Titanlegierungen nach Wärmebehandlungsprozessen auf?

1.1 Spannungsarmglühen Der Hauptzweck des Spannungsarmglühens besteht darin, die inneren Spannungen zu beseitigen, die bei der Kaltbearbeitung, Kaltverformung und dem Schweißen von Titanlegierungen entstehen. Das Vorhandensein dieser inneren Spannungen kann bei der späteren Verarbeitung oder Verwendung von Teilen aus Titanlegierung zu Verformungen, Rissen und anderen Problemen führen und dadurch deren Leistung und Lebensdauer beeinträchtigen. Daher wird das Spannungsarmglühen üblicherweise nach Prozessen wie Warmschmieden, Gießen, Kaltverformung, Schneiden, Bearbeiten und Schweißen angewendet. Beim Spannungsarmglühen ist die Wahl der Glühtemperatur und -zeit von entscheidender Bedeutung. Bei wärmebehandelbaren Titanlegierungen wird im Allgemeinen die Rekristallisationstemperatur zum Glühen verwendet, wobei der Erholungsmechanismus zum Abbau der Spannung genutzt wird. Titanium Home berichtet, dass es durch die präzise Steuerung der Glühparameter möglich ist, die innere Spannung effektiv zu beseitigen und gleichzeitig negative Auswirkungen auf andere Eigenschaften der Titanlegierung zu vermeiden. In der tatsächlichen Produktion haben verschiedene Unternehmen zahlreiche Experimente und Optimierungen der Parameter des Spannungsarmglühens durchgeführt, um die Produktqualität sicherzustellen.

1.2 Vollständiges Glühen Auch Rekristallisationsglühen genannt. Ziel ist es, eine rekristallisierte Struktur zu erhalten und dadurch die Plastizität des Materials zu verbessern. Die meisten Titanlegierungen und Duplex-Titanlegierungen werden im Rekristallisationsglühzustand verwendet. Titanlegierungen: Die Glühtemperatur wird normalerweise auf 120-200 Grad unter dem Phasenumwandlungspunkt eingestellt. Eine zu hohe Glühtemperatur führt zu einer Kornvergröberung und verringert die Gesamtleistung des Materials. während eine niedrigere Temperatur zu einer unvollständigen Rekristallisation führt und die Plastizität des Materials nicht den idealen Zustand erreichen kann. Da die Abkühlgeschwindigkeit kaum Einfluss auf die Struktur und Leistung von Titanlegierungen hat, wird zur Kühlung häufig die Luftkühlungsmethode eingesetzt. Titanium Home berichtet, dass einige Unternehmen, die Komponenten für die Luft- und Raumfahrtindustrie herstellen, bei der Herstellung von Teilen aus Titanlegierungen die Glühbehandlung ausschließlich innerhalb dieses Temperaturbereichs durchführen, um die Plastizität und Verarbeitungsleistung der Teile sicherzustellen. Nahtitanlegierungen und + Duplex-Titanlegierungen: Während des Glühprozesses kommt es neben der Rekristallisation auch zu Phasen- und Phasenänderungen, wodurch die Bestimmung der Glühtemperatur und der Kühlmethode komplexer wird. Verschiedene Faktoren müssen umfassend berücksichtigt und durch eine Vielzahl von Experimenten und Erfahrungssammlungen die optimalen Prozessparameter ermittelt werden. Titanium Home erwähnte, dass Forscher eingehende Studien zu diesen Legierungen durchgeführt und den Glühprozess durch eine Kombination aus mathematischer Modellierung und experimenteller Überprüfung kontinuierlich optimiert haben. Metastabile Titanlegierungen: Vollständiges Glühen wird normalerweise mit einer Lösungsbehandlung kombiniert, und die Glühtemperatur liegt im Allgemeinen über 80–100 Grad des + / Phasenumwandlungspunkts. Durch diese Behandlungsmethode kann die Legierung eine gute Struktur und Leistung erhalten. Titanium Home berichtet, dass sich die im Bereich der Schiffstechnik verwendeten metastabilen Titanlegierungen nach dieser Behandlung besser an raue Meeresumgebungen anpassen und die Lebensdauer verbessern können.

1.3 Lösungsbehandlung und Alterungsbehandlung Der Zweck der Lösungsbehandlung besteht darin, metastabile Phasen zu erhalten, die durch Alterung gestärkt werden können, wie z. B. Martensit, Martensit oder metastabile Phase. Diese metastabilen Phasen zersetzen sich während des anschließenden Alterungsprozesses und erzeugen feine Gleichgewichtsphasen, wodurch ausfällungsverstärkende Effekte hervorgerufen werden und die Härte und Festigkeit des Materials deutlich erhöht wird. Die Lösungstemperatur liegt normalerweise um 40 bis 100 Grad unter dem + / Phasenumwandlungspunkt, was die Bildung der Primärphase und -phase ermöglicht und gleichzeitig eine übermäßige Vergröberung der Körner vermeidet. Zu den Kühlmethoden nach der Lösungsbehandlung gehören üblicherweise Wasserabschrecken und Ölabschrecken. Das Abschrecken mit Wasser ist häufiger anzutreffen, da dadurch eine schnellere Abkühlungsgeschwindigkeit erreicht werden kann, was die Bildung der erforderlichen metastabilen Phasen erleichtert. Die Alterungsverfestigung ist bei Titanlegierungen mit hohem Gehalt an -stabilisierenden Elementen deutlicher zu erkennen, während ihre Wirkung bei nahezu --Legierungen und + zwei-phasigen Titanlegierungen mit niedrigerem Gehalt an -stabilisierenden Elementen relativ schwach ist. Daher ist es in praktischen Anwendungen notwendig, die Prozessparameter für die Lösungs- und Alterungsbehandlung auf der Grundlage der spezifischen Zusammensetzung und Leistungsanforderungen der Titanlegierung sinnvoll auszuwählen. Titanium Home berichtete, dass einige High-End-Unternehmen, die medizinische Geräte herstellen, Implantatmaterialien aus Titanlegierungen mit ausreichender Festigkeit und guter Biokompatibilität durch genaue Steuerung der Lösungs- und Alterungsbehandlungsparameter hergestellt haben.

2.1 Veränderungen der Mikrostruktur beim Erhitzen

2.1.1 Rekristallisation und Rückgewinnung Beim Erhitzen von kaltverformten Titanlegierungen tritt als erstes Phänomen die Rekristallisation auf. Während dieses Prozesses kann durch die Bewegung von Leerstellen und Versetzungen die zweite Art von innerer Spannung, die bei der Verformung entsteht, beseitigt werden. Die Rekristallisationstemperatur ist im Allgemeinen niedriger als die Rekristallisationstemperatur und liegt normalerweise zwischen 450 und 640 Grad. Wenn die Temperatur weiter ansteigt, erscheinen in der deformierten Mikrostruktur neue unverzerrte gleichachsige Körner, die nach und nach die deformierten Körner ersetzen, was zu einer Abnahme der Härte und Festigkeit des Materials und einer Verbesserung der Plastizität führt. Dieser Vorgang wird Rekristallisation genannt. Bei der Rekristallisation zeigen verschiedene Arten von Titanlegierungen unterschiedliche Verhaltensweisen. Bei nahezu --Legierungen und +-Legierungen werden häufig Phasenauflösung und Änderungen im Phasengehalt beobachtet; Bei Legierungen ist zusätzlich ein Umschmelzprozess erforderlich. Aufgrund der begrenzten Kaltverformbarkeit von Titanlegierungen ist es im Allgemeinen schwierig, die Körner der Legierung durch Verformung und Rekristallisation zu verfeinern. Bei Titanlegierungen, die eine starke Kaltverformungsfähigkeit aufweisen, kann jedoch durch Verformung und Rekristallisation ein gewisser Verfeinerungsgrad erreicht werden. Bei + zweiphasigen Titanlegierungen können Verformung und Rekristallisation auch zur Verfeinerung der Legierungsmikrostruktur und zur Verbesserung ihrer Plastizität eingesetzt werden. Aus Berichten von Titanium Home geht hervor, dass das Forschungsteam eingehende Studien zu den Rückgewinnungs- und Rekristallisationsprozessen verschiedener Titanlegierungen durchgeführt und damit eine theoretische Grundlage für die Optimierung von Wärmebehandlungsprozessen geschaffen hat.

2.1.2 Phase und Phasenumwandlung Wenn die Erwärmungstemperatur den → Phasenumwandlungspunkt überschreitet, beginnen sich die Kristalltypen von Phase und Phase in Titanlegierungen umzuwandeln. Für reines Titan beträgt die Umwandlungstemperatur etwa 875 ± 5 Grad. Während der ↔-Phasentransformation bleibt die Burgers-Orientierungsbeziehung unverändert, d. h. (110) // (0001); [111] // [11 2 0] . Diese spezifische Orientierungsbeziehung hat einen erheblichen Einfluss auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von Titanlegierungen. Berichte von Titanium Home betonen, dass das Verständnis dieser Orientierungsbeziehung für die Steuerung der Mikrostrukturentwicklung und Leistungsoptimierung von Titanlegierungen von entscheidender Bedeutung ist.

2.2 Veränderungen der Mikrostruktur beim Abkühlen

2.2.1 Langsames Abkühlen Wenn Titanlegierungen langsam vom Einphasenbereich - zum Zweiphasenbereich - abgekühlt werden, findet häufig eine Kristalltypumwandlung von Phase zu Phase statt, wobei die Burgers-Orientierungsbeziehung erhalten bleibt: . Dieser Transformationsprozess ist relativ langsam und die resultierende Mikrostruktur ist relativ gleichmäßig. Titanium Home berichtet, dass bei der Herstellung einiger Titanlegierungsprodukte mit hohen Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Mikrostruktur durch langsames Abkühlen eine bessere Produktqualität erzielt werden kann.

2.2.2 Schnelle Abkühlung Während des schnellen Abkühlprozesses sind die Gefügeveränderungen von Titanlegierungen komplexer. Es können verschiedene Umwandlungen wie die Umwandlung der Martensitphase, die abgeschreckte ω-Phase, die übersättigte Phase und die verbleibende Hochtemperaturphase auftreten. Zu den Transformationsprodukten gehören ´, ", ω, unterkühlte Phase, metastabile Phase, übersättigte Phase usw., abhängig vom Gehalt an -stabilisierenden Elementen. Verschiedene Transformationsprodukte haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Eigenschaften von Titanlegierungen, beispielsweise kann die Martensitphasenumwandlung die Festigkeit von Titanlegierungen erhöhen, aber möglicherweise ihre Zähigkeit verringern. Titanium Home berichtet, dass Forscher die Mikrostrukturumwandlung während des schnellen Abkühlprozesses präzise gesteuert haben, indem sie die Abkühlgeschwindigkeit und die Legierungszusammensetzung an die Anforderungen verschiedener Anwendungen angepasst haben Szenarien.

2.2.3 Die durch schnelle Abkühlung entstehenden metastabilen Phasen wandeln sich während des Alterungsprozesses in Gleichgewichtsphasen um. Dieser Prozess beinhaltet die Zersetzung der metastabilen Phasen, die Zersetzung übersättigter Phasen und andere Phänomene. Die obige Umwandlung ist der Hauptgrund für die Wärmebehandlungsverfestigung von Titanlegierungen. Durch eine angemessene Steuerung der Temperatur und Zeit der Alterungsbehandlung können Titanlegierungen die gewünschte Mikrostruktur und die gewünschten Eigenschaften erhalten. Der Bericht von Titanium Home zeigt, dass im Luft- und Raumfahrtbereich der Alterungsprozess von Titanlegierungen streng überwacht wird, um die stabile und zuverlässige Leistung von Flugzeugkomponenten sicherzustellen.

2.2.4 Eutektische Umwandlung Eine eutektische Umwandlung von Titanlegierungen kommt häufig bei Legierungen vor, die stabile Titanelemente enthalten, sowie bei schnell eutektischen Legierungen. Diese Umwandlung verringert in der Regel die Plastizität des Materials und wirkt sich negativ auf die Materialeigenschaften aus. Um diese Situation zu verbessern, kann eine isotherme Behandlung der Mikrostruktur durchgeführt werden, um eine bainitische, nicht-schichtige Mikrostruktur zu erhalten und dadurch die Gesamteigenschaften des Materials zu verbessern. Titanium Home berichtet, dass Forscher kontinuierlich die Prozessparameter der isothermen Behandlung erforscht und die Plastizität von Titanlegierungen mit eutektischer Umwandlung erfolgreich verbessert und so ihren Anwendungsbereich erweitert haben.

2.2.5 Spannungs-Induzierte Phasenumwandlung Die metastabile Phase kann sich unter der Einwirkung von Dehnung oder Spannung in Martensit umwandeln. Zu den Transformationsprodukten gehören hexagonaler Martensit und orthorhombischer Martensit. Dieser Prozess kann einen durch Phasenumwandlungen induzierten Plastizitätseffekt erzeugen, der die Dehnung und Kaltverfestigungsrate der Titanlegierung erhöht. In praktischen Anwendungen kann diese Eigenschaft genutzt werden, um die Umformleistung und Ermüdungsbeständigkeit von Teilen aus Titanlegierungen zu verbessern. Titanium Home berichtet, dass im Bereich der Herstellung von Automobilkomponenten Versuche unternommen wurden, spannungsinduzierte Phasenumwandlungen zu nutzen, um die Leistung von Teilen aus Titanlegierungen zu verbessern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Wärmebehandlungsprozess und die Mikrostrukturveränderungen von Titanlegierungen ein komplexes und wichtiges Forschungsgebiet sind. In den Berichten von Titanium Home wurden die neuesten Forschungsergebnisse und praktischen Anwendungsfälle der Branche vorgestellt. Durch ein tiefes Verständnis des Wärmebehandlungsprozesses und der Gesetze zur Änderung der Mikrostruktur von Titanlegierungen können wir die Parameter des Wärmebehandlungsprozesses sinnvoller auswählen und gestalten und so Titanlegierungsmaterialien mit hervorragenden Eigenschaften erhalten, die den Anforderungen verschiedener technischer Bereiche gerecht werden. Mit der kontinuierlichen Vertiefung der Forschung und der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie werden die Anwendungsaussichten von Titanlegierungen in Zukunft breiter sein.