Jak víme, titan je extrémně aktivní kov a snadno se znečišťuje vodíkem, kyslíkem a uhlíkem, každá z těchto látek může ovlivnit slitinu titanu, takže je nezbytné kontrolovat položku z materiálu, zařízení, procesu, testu a údržby atd. Proces tepelného zpracování slitin titanu musí probíhat pod přísnou kontrolou, kromě použití vakuové pece s ochranou argonem musí být slitiny titanu zahřívány v oxidační atmosféře. Tento proces zahrnuje přesnou kontrolu a musí odstranit vrstvu oxidu na povrchu obrobku. Přiměřené legování a tepelné zpracování může účinně zlepšit vlastnosti titanových slitin. Existuje mnoho metod tepelného zpracování, pro slitinu titanu třídy 5 se běžně používá žíhání, kalení stárnutím a chemické tepelné zpracování.

Žíhání

Žíhání je jedinou metodou tepelného zpracování čistého titanu a slitiny titanu α. Žíhání je vhodné pro všechny druhy titanových slitin k odstranění napětí a zlepšení plasticity slitiny a stabilní mikrostruktury. Žíhání se používá pro různé titanové slitiny. Účelem žíhání je zlepšit plasticitu materiálu a stabilizovat jeho strukturu. Proces lze provádět ve třech formách: žíhání pro odstranění napětí, rekrystalizační žíhání a dvojité žíhání.

Žíhání se provádí ve vzduchové peci, nebo žíhání v peci na inertní plyn či ve vakuové peci, pokud je požadována povrchová kontaminace dílů. Při izotermickém žíhání by se měl použít konvertor nebo vzduchové chlazení, pokud je velikost dílu příliš velká, aby se zabránilo příliš velké mikrostruktuře v důsledku příliš nízké rychlosti chlazení. Při dvojitém žíhání by se po prvním ohřevu měly titanové díly chladit rozptýleně, v případě potřeby nuceným chlazením vzduchem, aby se zabránilo tomu, že příliš pomalá rychlost chlazení ovlivní výkon.

Žíhání titanu třídy 5

Třída Titanový plech/pásek Titanové tyče/dráty
Teplota Čas/min Chlazení Teplota Čas Chlazení
Třída 5 700℃-870℃ 15-60 Chlazení vzduchem 700℃-800℃ 60-120 Chlazení vzduchem

Poznámka: Chlazení vzduchem nebo pomalejší chlazení. Při dvojitém žíhání teplota přechodu β pod 15 ~ 30 ℃ po dobu 1 ~ 2 h, chlazení vzduchem nebo rychlejší chlazení a poté 705-760 ℃ po dobu 1 ~ 2 h, chlazení vzduchem.

Mezi řídicí parametry tepelného zpracování titanové slitiny patří teplota roztoku, doba roztoku, způsob chlazení (kalení vodou, kalení olejem, chlazení v peci) a teplota stárnutí. Různé titanové slitiny vyžadují různé teploty žíhání. Pokud je vyžadováno β žíhání nebo β tepelné zpracování roztokem, Slitina Gr.5 nebo jiné slitiny typu α-β se musí udržovat po dobu nejméně 30 minut nad teplotou přechodu β dávky dílů (30 ± 15) ℃ a poté se ochladí na pokojovou teplotu na vzduchu nebo v inertním plynu, což není povoleno při chlazení v peci. Pokud je nutné kalení vodou, mělo by se po kalení vodou před druhým žíháním udržovat při teplotě 730 ~ 760 ℃ po dobu 1 ~ 3 h.

Žíhání je jedinou metodou tepelného zpracování čistého titanu a slitiny titanu α. Žíhání je vhodné pro všechny druhy titanových slitin k odstranění napětí a zlepšení plasticity slitiny a stabilní mikrostruktury. Žíhání se používá pro různé titanové slitiny. Účelem žíhání je zlepšit plasticitu materiálu a stabilizovat jeho strukturu. Proces lze provádět ve třech formách: žíhání pro odstranění napětí, rekrystalizační žíhání a dvojité žíhání.

Žíhání se provádí ve vzduchové peci, nebo žíhání v peci na inertní plyn či ve vakuové peci, pokud je požadována povrchová kontaminace dílů. Při izotermickém žíhání by se měl použít konvertor nebo vzduchové chlazení, pokud je velikost dílu příliš velká, aby se zabránilo příliš velké mikrostruktuře v důsledku příliš nízké rychlosti chlazení. Při dvojitém žíhání by se po prvním ohřevu měly titanové díly chladit rozptýleně, v případě potřeby nuceným chlazením vzduchem, aby se zabránilo tomu, že příliš pomalá rychlost chlazení ovlivní výkon.

Žíhání titanu třídy 5

Třída Titanový plech/pásek Titanové tyče/dráty
Teplota Čas/min Chlazení Teplota Čas Chlazení
Třída 5 700℃-870℃ 15-60 Chlazení vzduchem 700℃-800℃ 60-120 Chlazení vzduchem

Poznámka: Chlazení vzduchem nebo pomalejší chlazení. Při dvojitém žíhání teplota přechodu β pod 15 ~ 30 ℃ po dobu 1 ~ 2 h, chlazení vzduchem nebo rychlejší chlazení a poté 705-760 ℃ po dobu 1 ~ 2 h, chlazení vzduchem.

Mezi řídicí parametry tepelného zpracování titanové slitiny patří teplota roztoku, doba roztoku, způsob chlazení (kalení vodou, kalení olejem, chlazení v peci) a teplota stárnutí. Různé titanové slitiny vyžadují různé teploty žíhání.Pokud je požadováno žíhání β nebo tepelné zpracování roztokem β, musí být slitina Gr5 nebo jiná slitina typu α-β udržována po dobu nejméně 30 minut nad teplotou přechodu β dávky dílů (30 ± 15) ℃ a poté ochlazena na pokojovou teplotu na vzduchu nebo v inertním plynu, není povoleno chlazení v peci. Pokud je nutné kalení vodou, mělo by se po kalení vodou před druhým žíháním udržovat při teplotě 730 ~ 760 ℃ po dobu 1 ~ 3 h.

Žíhání na uvolnění napětí

Temperování titanového ohřevu a izolace proti napětí musí být v souladu s normou. Po izolaci se díly ochladí na vzduchu nebo v inertním plynu nebo pomocí pece. Teplota ohřevu při žíhání na uvolnění napětí by neměla překročit teplotu stárnutí nebo teplotu žíhání 2. stupně u titanových slitin, které byly ošetřeny roztokem a stárnuty nebo prošly dvojitým žíháním.

Teploty používané při žíhání za napětí jsou nižší než při rekrystalizaci a doba žíhání je obecně kratší než u rekrystalizace. Tento proces se provádí za účelem snížení zbytkových napětí při výrobě. Tento proces vytváří optimální kombinace pevnosti, tažnosti a rozměrové stability. Lze jej použít ke snížení nežádoucích zbytkových napětí během následných operací, včetně obrábění a tepelného zpracování. Je ideální pro dvoufázové titanové slitiny a může také zlepšit jejich odolnost proti korozi pod napětím. Pokud se však chcete vyhnout tepelnému zpracování, tuto metodu vám nedoporučujeme.

Tento proces může probíhat při teplotě vyšší, než je teplota beta transusu (beta přechod), což je bod, při kterém mizí fáze alfa a mikrostruktura se mění na kubickou strukturu. Tato metoda se používá ke zlepšení mechanických vlastností dílů ze slitiny titanu, které je třeba tvarovat do složitých tvarů.

Žíhání titanu třídy 5 na uvolnění napětí

Slitiny Teplota Čas/min
Třída 5 480℃ -650℃ 60-240

Poznámka: Žíhání na uvolnění napětí lze dokončit současně s tvářením za tepla při teplotě 760 ~ 790 ℃.

Izotermické žíhání

Izotermické žíhání poskytuje nejlepší plasticitu a tepelnou stabilitu. Je dobrou volbou pro dvoufázové titanové slitiny, které obsahují vysoké množství b-stabilizovaných prvků. Tento proces vyžaduje zahřátí slitiny nad teplotu rekrystalizace a její přenesení do pece s nižší teplotou. Teplo zachované během tohoto procesu se přenáší na povrch slitiny chlazením vzduchem. Tento proces lze několikrát opakovat, aby se dosáhlo požadovaného výsledku.

Rekrystalizační žíhání

Rekrystalizační žíhání je metoda úpravy teploty pro určitý typ titanové slitiny za účelem odstranění základních pnutí. Cílem rekrystalizačního žíhání je dosáhnout požadovaných plastických a pevnostních vlastností. Teplota rekrystalizačního žíhání se obvykle pohybuje mezi 450 a 650 ℃.

Během žíhání v tahu dochází k rekrystalizaci titanové slitiny současně s dislokačním skluzem. Tento jev je známý jako dvojí kluzný jev. Teplota žíhání 920 ℃zvyšuje pevnost a zároveň snižuje plasticitu. Po rekrystalizaci se vysráží sekundární fáze. Prodloužená doba žíhání není významná pro určení konečných mechanických vlastností titanových slitin.

Quench Aging

Kalení stárnutí je hlavním způsobem tepelného zpracování titanové slitiny Ti6Al4V, které využívá fázovou přeměnu k dosažení zpevnění, známého také jako zpevňující tepelné zpracování. Po úpravě roztokem by měly být díly z titanové slitiny ošetřeny stárnutím podle ustanovení (viz tabulka níže). Po stárnutí se díly ochladí na vzduchu nebo v inertním plynu nebo pomocí pece.

Kalení titanu Gr.5 

Třída Teplota Čas/h
Třída 5 480℃ -690℃ 2-8

Chemické tepelné zpracování

Chemické tepelné zpracování slitiny titanu slouží především ke zlepšení odolnosti proti opotřebení, tepelné stability a pevnosti povrchu. Jak víme, slitina titanu má velký koeficient tření a nízkou odolnost proti opotřebení (obecně asi o 40% nižší než ocel) a její kontaktní povrch se snadno spojuje a způsobuje třecí korozi. Slitina titanu má silnou odolnost proti korozi v oxidačním prostředí, ale slabou odolnost proti korozi v redukčním prostředí (kyselina chlorovodíková, kyselina sírová atd.). Ke zlepšení těchto vlastností lze použít galvanické pokovování, nástřik a chemické tepelné zpracování, tj. nitridaci, oxygenaci a další metody. Po nitridaci je tvrdost nitridovaného povrchu 2-4krát vyšší než bez nitridace, což může zjevně zlepšit odolnost slitiny proti opotřebení a zlepšit její odolnost proti korozi v redukčním prostředí. Odolnost slitiny proti korozi lze okysličením zvýšit 7~9krát, nevýhodou je však určitá ztráta plasticity a únavové pevnosti.