آلیاژ تیتانیوم به دلیل استحکام عالی، مقاومت در برابر خوردگی و ویژگی‌های سبک وزن، در هوافضا، دستگاه‌های پزشکی، تولید{0} تجهیزات پیشرفته و سایر زمینه‌ها به یک ماده کلیدی ضروری تبدیل شده است. عملکرد عالی آلیاژهای تیتانیوم از تنظیم دقیق فرآیند عملیات حرارتی و دگرگونی‌های ساختاری پیچیده‌ای که در طول فرآیند رخ می‌دهد جدا نیست. امروز، ما به دانش اصلی عملیات حرارتی آلیاژ تیتانیوم و تبدیل بافت می پردازیم و کد فنی پشت این "فلز فضایی" را کشف می کنیم.
قانون تبدیل مکانیکی در عملیات حرارتی آلیاژهای تیتانیوم
ماهیت عملیات حرارتی هدایت تحول منظم ساختار داخلی آلیاژ تیتانیوم از طریق تنظیم دما و سرعت خنک کننده است. ساختار آلیاژهای تیتانیوم از گرم شدن تا سرد شدن تا پیر شدن، دستخوش یک سری تغییرات پیچیده می شود که مستقیماً خواص نهایی مواد را تعیین می کند.
1. فرآیند گرمایش: «سه‌گانه» بازیابی، تبلور مجدد و انتقال فاز
آلیاژهای تیتانیوم هنگام گرم شدن معمولاً به طور همزمان تحت تبدیل شکل کریستالی (انتقال بین فاز و فاز) قرار می‌گیرند، و اگر آلیاژ تیتانیوم سرد-تغییر شکل‌یافته باشد، فرآیندهای بازیابی و تبلور مجدد را نیز تجربه می‌کند که با هم ریزساختار را پس از حرارت دادن شکل می‌دهند.
(1) ترمیم و تبلور مجدد: ساختار تغییر شکل یافته را تعمیر کنید و ساختار دانه را بهینه کنید
پس از کار سرد، آلیاژ تیتانیوم دارای تعداد زیادی عیوب ناشی از تغییر شکل (مانند جابجایی و خالی) است و پس از گرم شدن تا دمای معین، ابتدا "بازیابی" رخ می دهد: در دمای 450 تا 640 درجه (دمای بازیافت کمتر از دمای تبلور مجدد است)، بخشی از تنش داخلی از طریق جابجایی آهسته مواد از بین می رود، اما جابجایی مواد به صورت آهسته باقی می ماند. بدون تغییر
با ادامه افزایش دما، «تبلور مجدد» شروع به رخ دادن می‌کند: دانه‌های هم محوری آزاد بدون-اعوجاج-به‌تدریج در ساختار تغییر شکل یافته ظاهر می‌شوند و این دانه‌های جدید به تدریج جایگزین دانه‌های تغییر شکل‌یافته می‌شوند و در نهایت سختی ماده را کاهش می‌دهند و انعطاف‌پذیری آن را بازیابی می‌کنند. ویژگی های تبلور مجدد انواع مختلف آلیاژهای تیتانیوم به وضوح متفاوت است:
• آلیاژ تیتانیوم: توانایی تغییر شکل سرد محدود، سخت شدن دانه ها از طریق تغییر شکل و تبلور مجدد.
• آلیاژ تیتانیوم: توانایی تغییر شکل سرد قوی، که می تواند به درجه خاصی از پالایش دانه از طریق تغییر شکل و تبلور مجدد دست یابد.
• آلیاژ تیتانیوم دوبلکس: با کمک تغییر شکل و تبلور مجدد، نه تنها می تواند ساختار را اصلاح کند، بلکه انعطاف پذیری را نیز بهبود می بخشد.
(2) انتقال فاز به فاز: "سوئیچ دما" از فرم کریستالی
هنگامی که دمای حرارت از → نقطه انتقال فاز فراتر رود، آلیاژهای تیتانیوم انتقال کریستالی را از فاز به فاز آغاز می کنند. با در نظر گرفتن تیتانیوم خالص، دمای انتقال فاز آن حدود 5±875 درجه است. شایان ذکر است که رابطه موقعیتی Burgers در طول انتقال فاز ↔ بدون تغییر باقی می‌ماند، که مبنای مهمی برای ساختار قابل تنظیم آلیاژهای تیتانیوم فراهم می‌کند.
2. فرآیند خنک سازی: سرعت بافت را تعیین می کند و بافت عملکرد را تعیین می کند
سرعت خنک‌کننده یک عامل کلیدی است که بر ساختار نهایی آلیاژهای تیتانیوم تأثیر می‌گذارد و تحت سرعت‌های خنک‌کننده متفاوت، آلیاژهای تیتانیوم مورفولوژی ریزساختار کاملاً متفاوتی را تشکیل می‌دهند که به نوبه خود خواص متفاوتی را نشان می‌دهد.
(1) خنک کننده آهسته: انتقال منظم، تشکیل یک فاز پایدار
وقتی آلیاژ تیتانیوم به آرامی از ناحیه-منطقه تک فاز به ناحیه دو فاز- سرد می‌شود، فاز به تدریج به فاز تغییر می‌کند و این دو کاملاً از رابطه جهت‌گیری برگر پیروی می‌کنند: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0]. ساختار تشکیل شده توسط این انتقال منظم بسیار پایدار است، که برای سناریوهایی با نیازهای پایداری مواد بالا مناسب است.
(2) خنک کننده سریع: القای فاز متقابل برای هموار کردن راه برای تقویت
خنک‌سازی سریع (مانند خاموش کردن آب) می‌تواند فرآیند انتقال تعادل ساختار آلیاژ تیتانیوم را مختل کند، که ممکن است باعث انتقال فاز مارتنزیتی، تشکیل فاز خاموش‌شده ω، تولید فاز فوق‌اشباع، و باقیمانده باقیمانده فاز{0}در دمای بالا شود. محصولات تبدیل نهایی (مانند ′، "، ω، فاز فوق سرد، فاز فراپایدار، فاز فوق اشباع) عمدتاً به محتوای عناصر پایدار در آلیاژ تیتانیوم بستگی دارند که "مواد خام اصلی" برای تقویت پیری بعدی هستند.
3. تبدیل پیری: "تغییر" فاز ناپایدار برای دستیابی به جهش عملکرد
فاز ناپایدار تولید شده توسط خنک‌سازی سریع پایدار نیست و به تدریج در طول فرآیند پیری به فاز تعادلی تبدیل می‌شود که با تجزیه فاز فراپایدار، تجزیه فاز فوق‌اشباع و واکنش‌های دیگر همراه است. این فرآیند دلیلی اساسی است که چرا آلیاژهای تیتانیوم می توانند از طریق عملیات حرارتی به بهبود استحکام و سختی دست یابند، و همچنین یک پیوند کلیدی در تبدیل آلیاژهای تیتانیوم از "شکل پایه" به "شکل{1}با عملکرد بالا" است.
4. تحلیل و تحول مشترک: "قاتل پلاستیکی" که باید مراقب آن بود
انتقال یوتکتیک آلیاژهای تیتانیوم معمولاً در آلیاژهای متشکل از عناصر پایدار تیتانیوم و آلیاژهای یوتکتیک سریع یافت می شود که معمولاً منجر به کاهش انعطاف پذیری مواد می شود که برای عملکرد پردازش و خدمات مواد خوب نیست. با این حال، با درمان همدما بافت پس از تبدیل یوتکتیک، می‌توان آن را به یک بافت غیر لایه‌ای با اندازه Bain تبدیل کرد که مشکل کاهش پلاستیسیته را تا حدی کاهش می‌دهد.
5. استرس-انتقال فاز القایی: باز کردن قفل "تغییر فاز-پلاستیکی القایی"
فاز ناپایدار تحت فشار یا تنش به مارتنزیتی تبدیل می‌شود (مثلاً مارتنزیتی شش ضلعی، مارتنزیتی متعامد)، فرآیندی که به عنوان انتقال فاز القایی{2}از تنش شناخته می‌شود. این انتقال می‌تواند یک "اثر پلاستیک القا شده از انتقال فاز{{4}" ایجاد کند، که به طور قابل‌توجهی باعث افزایش طول عمر و سرعت سخت شدن تیتانیوم می‌شود. آلیاژهای تیتانیوم در سناریوهای تحت تنش های پیچیده (مانند قطعات ساختاری هوافضا).
