Tratamiento térmico de la aleación de titanio Ti6Al4V

Como sabemos, el titanio es un metal extremadamente activo y fácilmente contaminado por hidrógeno, oxígeno y carbono, cualquiera de estas sustancias puede afectar a la aleación de titanio, por lo que es esencial controlar el elemento desde el material, equipo, proceso, prueba y mantenimiento y así sucesivamente. El proceso de tratamiento térmico de las aleaciones de titanio debe realizarse bajo un estricto control, además de utilizar un horno de vacío con protección de argón, las aleaciones de titanio deben calentarse en una atmósfera oxidante. Este proceso implica controles precisos y necesita eliminar la capa de óxido de la superficie de la pieza. Una aleación y un tratamiento térmico razonables pueden mejorar eficazmente las propiedades de las aleaciones de titanio. Existen muchos métodos de tratamiento térmico; para la aleación de titanio de grado 5, se utilizan habitualmente el recocido, el envejecimiento por enfriamiento y el tratamiento térmico químico.

El recocido es el único método de tratamiento térmico para el titanio puro y la aleación de titanio α. El recocido es adecuado para todo tipo de aleaciones de titanio para eliminar tensiones y mejorar la plasticidad de la aleación y una microestructura estable. El proceso de recocido se utiliza para diversas aleaciones de titanio. La finalidad del recocido es mejorar la plasticidad del material y estabilizar su estructura. El proceso puede llevarse a cabo de tres formas: recocido de alivio de tensiones, recocido de recristalización y recocido doble.

El recocido se realiza en horno de aire, o recocido en horno de gas inerte u horno de vacío si se requiere una contaminación superficial de las piezas. Durante el recocido isotérmico, se debe utilizar un convertidor o enfriamiento por aire si el tamaño de la pieza es demasiado grande para evitar una microestructura demasiado grande debido a una velocidad de enfriamiento demasiado lenta. Durante el recocido doble, enfriamiento por aire después del primer calentamiento, las piezas de titanio deben ser enfriamiento disperso, enfriamiento por aire forzado si es necesario para evitar que una velocidad de enfriamiento demasiado lenta afecte al rendimiento.

Recocido de titanio de grado 5

Grado	Chapa/tira de titanio			Barra/alambres de titanio
	Temperatura	Tiempo/min	Refrigeración	Temperatura	Tiempo	Refrigeración
5º curso	700℃-870℃	15-60	Refrigeración por aire	700℃-800℃	60-120	Refrigeración por aire

Nota: Enfriamiento por aire o enfriamiento más lento. Cuando el recocido doble, β temperatura de transición por debajo de 15 ~ 30℃ durante 1 ~ 2h, enfriamiento por aire o enfriamiento más rápido, y luego 705-760 ℃ durante 1 ~ 2h, enfriamiento por aire.

Los parámetros de control del tratamiento térmico de la aleación de titanio incluyen la temperatura de disolución, el tiempo de disolución, el modo de enfriamiento (temple en agua, temple en aceite, enfriamiento en horno) y la temperatura de envejecimiento. Diferentes aleaciones de titanio requieren diferentes temperaturas de recocido. Si se requiere β recocido o β tratamiento térmico en solución, Aleación Gr.5 u otra aleación de tipo α-β se mantendrá durante al menos 30min por encima de la temperatura de transición β del lote de piezas (30±15) ℃, y después se enfriará a temperatura ambiente en aire o gas inerte, no permitiéndose con enfriamiento en horno. Si se requiere enfriamiento rápido con agua, debe mantenerse a 730 ~ 760℃ durante 1 ~ 3h después del enfriamiento rápido con agua antes del segundo recocido.

El recocido es el único método de tratamiento térmico para el titanio puro y la aleación de titanio α. El recocido es adecuado para todo tipo de aleaciones de titanio para eliminar tensiones y mejorar la plasticidad de la aleación y una microestructura estable. El proceso de recocido se utiliza para diversas aleaciones de titanio. La finalidad del recocido es mejorar la plasticidad del material y estabilizar su estructura. El proceso puede llevarse a cabo de tres formas: recocido de alivio de tensiones, recocido de recristalización y recocido doble.

El recocido se realiza en horno de aire, o recocido en horno de gas inerte u horno de vacío si se requiere una contaminación superficial de las piezas. Durante el recocido isotérmico, se debe utilizar un convertidor o enfriamiento por aire si el tamaño de la pieza es demasiado grande para evitar una microestructura demasiado grande debido a una velocidad de enfriamiento demasiado lenta. Durante el recocido doble, enfriamiento por aire después del primer calentamiento, las piezas de titanio deben ser enfriamiento disperso, enfriamiento por aire forzado si es necesario para evitar que una velocidad de enfriamiento demasiado lenta afecte al rendimiento.

Recocido de titanio de grado 5

Grado	Chapa/tira de titanio			Barra/alambres de titanio
	Temperatura	Tiempo/min	Refrigeración	Temperatura	Tiempo	Refrigeración
5º curso	700℃-870℃	15-60	Refrigeración por aire	700℃-800℃	60-120	Refrigeración por aire

Nota: Enfriamiento por aire o enfriamiento más lento. Cuando el recocido doble, β temperatura de transición por debajo de 15 ~ 30℃ durante 1 ~ 2h, enfriamiento por aire o enfriamiento más rápido, y luego 705-760 ℃ durante 1 ~ 2h, enfriamiento por aire.

Los parámetros de control del tratamiento térmico de la aleación de titanio incluyen la temperatura de la solución, el tiempo de la solución, el modo de enfriamiento (temple en agua, temple en aceite, enfriamiento en horno) y la temperatura de envejecimiento. Diferentes aleaciones de titanio requieren diferentes temperaturas de recocido.Si se requiere β recocido o β tratamiento térmico en solución, la aleación Gr5 u otra aleación de tipo α-β se mantendrá durante al menos 30min por encima de la temperatura de transición β del lote de piezas (30±15) ℃, y después se enfriará a temperatura ambiente en aire o gas inerte, no permitiéndose con enfriamiento en horno. Si se requiere enfriamiento rápido con agua, debe mantenerse a 730 ~ 760℃ durante 1 ~ 3h después del enfriamiento rápido con agua antes del segundo recocido.

Recocido de alivio de tensión

El calentamiento y el aislamiento del titanio para el revenido con alivio de tensiones se ajustarán a la norma. Después del aislamiento, las piezas se enfriarán en aire o gas inerte o con el horno. La temperatura de calentamiento del recocido de alivio de tensiones no deberá superar la temperatura de envejecimiento o la temperatura de recocido de la fase 2 para las aleaciones de titanio que hayan sido tratadas con una solución y envejecidas o sometidas a un recocido doble.

Las temperaturas utilizadas para el recocido de alivio de tensiones son más bajas que las de recristalización, y el tiempo de recocido suele ser más corto que el de recristalización. Este proceso se realiza para reducir las tensiones residuales durante la fabricación. El proceso produce combinaciones óptimas de resistencia, ductilidad y estabilidad dimensional. Puede utilizarse para reducir las tensiones residuales indeseables durante las operaciones posteriores, incluidos el mecanizado y el tratamiento térmico. Es ideal para aleaciones de titanio de doble fase y también puede mejorar su resistencia a la corrosión bajo tensión. Pero si desea evitar el tratamiento térmico, este método no es recomendable para usted.

Este proceso puede llevarse a cabo a una temperatura superior a la temperatura de transus beta (transición beta), que es el punto en el que desaparece la fase alfa y la microestructura se transforma en una estructura de tipo cúbico. Este método se utiliza para mejorar las propiedades mecánicas de las piezas de aleación de titanio a las que hay que dar formas complejas.

Recocido de alivio de tensión de titanio de grado 5

Aleaciones	Temperatura	Tiempo/min
5º curso	480℃ -650℃	60-240

Nota: El recocido de alivio de tensión puede completarse simultáneamente a 760 ~ 790℃ con el conformado en caliente.

Recocido isotérmico

El recocido isotérmico proporciona la mejor plasticidad y estabilidad térmica. Es una buena opción para las aleaciones de titanio bifásicas que contienen grandes cantidades de elementos estabilizados b. El proceso requiere calentar la aleación por encima de la temperatura de recristalización y transferirla a un horno de temperatura más baja. El calor conservado durante este proceso se transfiere a la superficie de la aleación mediante enfriamiento por aire. Este proceso puede repetirse varias veces para lograr el resultado deseado.

Recristalización Recocido

El proceso de recocido de recristalización es un método de ajuste de la temperatura para un tipo específico de aleación de titanio con el fin de eliminar las tensiones básicas. El objetivo del recocido de recristalización es conseguir las propiedades de plasticidad y resistencia deseadas. La temperatura del recocido de recristalización suele oscilar entre 450 y 650℃.

Durante el proceso de recocido por tracción, la recristalización de una aleación de titanio se produce simultáneamente con un deslizamiento de dislocación. Esto se conoce como fenómeno de doble fluencia. La temperatura de recocido de 920℃incrementa la resistencia, mientras que disminuye la plasticidad. Tras la recristalización, se precipita una fase secundaria. Un tiempo de recocido prolongado no es significativo para determinar las propiedades mecánicas finales de las aleaciones de titanio.

El envejecimiento por enfriamiento rápido es la principal forma de tratamiento térmico de fortalecimiento de la aleación de titanio Ti6Al4V, que utiliza la transformación de fase para producir el fortalecimiento, también conocido como tratamiento térmico de fortalecimiento. Después del tratamiento de disolución, las piezas de aleación de titanio deben someterse a un tratamiento de envejecimiento de acuerdo con las disposiciones (véase la tabla siguiente). Después del envejecimiento, las piezas se enfrían en aire o gas inerte o con el horno.

Envejecimiento por enfriamiento rápido del titanio Gr.5 

Grado	Temperatura	Tiempo/h
5º curso	480℃ -690℃	2-8

El tratamiento térmico químico de la aleación de titanio sirve principalmente para mejorar la resistencia al desgaste, la estabilidad térmica y la resistencia superficial. Como sabemos, la aleación de titanio tiene un gran coeficiente de fricción y una pobre resistencia al desgaste (generalmente alrededor de 40% menor que el acero), y su superficie de contacto es fácil de adherir y causa corrosión por fricción. La aleación de titanio tiene una fuerte resistencia a la corrosión en medio oxidante, pero una pobre resistencia a la corrosión en medio reductor (ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, etc.). Para mejorar estas propiedades, se puede utilizar la galvanoplastia, la pulverización y el tratamiento térmico químico, es decir, la nitruración, la oxigenación y otros métodos. Después de la nitruración, la dureza de la superficie nitrurada es de 2 a 4 veces superior a la de la superficie sin nitrurar, lo que evidentemente puede mejorar la resistencia al desgaste de la aleación y mejorar su resistencia a la corrosión en medio reductor. La resistencia a la corrosión de la aleación puede aumentarse entre 7 y 9 veces mediante oxigenación, pero la desventaja es que se produce cierta pérdida de plasticidad y resistencia a la fatiga.