Jak wiemy, tytan jest niezwykle aktywnym metalem i łatwo zanieczyszczonym wodorem, tlenem i węglem, każda z tych substancji może wpływać na stop tytanu, dlatego konieczne jest kontrolowanie elementu z materiału, sprzętu, procesu, testu i konserwacji i tak dalej. Proces obróbki cieplnej stopów tytanu musi odbywać się pod ścisłą kontrolą, oprócz stosowania pieca próżniowego z ochroną argonu, stopy tytanu muszą być ogrzewane w atmosferze utleniającej. Proces ten wymaga precyzyjnej kontroli i usunięcia warstwy tlenku z powierzchni obrabianego przedmiotu. Rozsądne stopowanie i obróbka cieplna mogą skutecznie poprawić właściwości stopów tytanu. Istnieje wiele metod obróbki cieplnej, w przypadku stopu tytanu Grade5 powszechnie stosuje się wyżarzanie, starzenie hartownicze i chemiczną obróbkę cieplną.

Wyżarzanie

Wyżarzanie jest jedyną metodą obróbki cieplnej czystego tytanu i stopu tytanu α. Wyżarzanie jest odpowiednie dla wszystkich rodzajów stopów tytanu w celu wyeliminowania naprężeń i poprawy plastyczności stopu oraz stabilnej mikrostruktury. Proces wyżarzania jest stosowany do różnych stopów tytanu. Celem wyżarzania jest poprawa plastyczności materiału i stabilizacja jego struktury. Proces ten może być przeprowadzany w trzech formach: wyżarzanie odprężające, wyżarzanie rekrystalizacyjne i podwójne wyżarzanie.

Wyżarzanie odbywa się w piecu powietrznym lub w piecu z gazem obojętnym lub w piecu próżniowym, jeśli wymagane jest zanieczyszczenie powierzchni części. Podczas wyżarzania izotermicznego należy zastosować konwerter lub chłodzenie powietrzem, jeśli rozmiar części jest zbyt duży, aby uniknąć zbyt dużej mikrostruktury spowodowanej zbyt małą prędkością chłodzenia. Podczas podwójnego wyżarzania, chłodzenia powietrzem po pierwszym podgrzaniu, części tytanowe powinny być chłodzone rozproszonym, wymuszonym powietrzem, jeśli to konieczne, aby uniknąć zbyt niskiej prędkości chłodzenia wpływającej na wydajność.

Wyżarzanie tytanu klasy 5

Klasa Arkusz/taśma tytanowa Tytanowy pręt/przewody
Temperatura Czas/min Chłodzenie Temperatura Czas Chłodzenie
Klasa 5 700℃-870℃ 15-60 Chłodzenie powietrzem 700℃-800℃ 60-120 Chłodzenie powietrzem

Uwaga: Chłodzenie powietrzem lub wolniejsze chłodzenie. Podczas podwójnego wyżarzania, temperatura przejścia β poniżej 15 ~ 30 ℃ przez 1 ~ 2 godziny, chłodzenie powietrzem lub szybsze chłodzenie, a następnie 705-760 ℃ przez 1 ~ 2 godziny, chłodzenie powietrzem.

Parametry kontrolne obróbki cieplnej stopu tytanu obejmują temperaturę roztworu, czas roztworu, tryb chłodzenia (hartowanie w wodzie, hartowanie w oleju, chłodzenie w piecu) i temperaturę starzenia. Różne stopy tytanu wymagają różnych temperatur wyżarzania. Jeśli wymagane jest wyżarzanie β lub obróbka cieplna w roztworze β, Stop Gr.5 lub inny stop typu α-β powinien być utrzymywany przez co najmniej 30 minut powyżej temperatury przejścia β partii części (30 ± 15) ℃, a następnie schłodzony do temperatury pokojowej w powietrzu lub gazie obojętnym, niedozwolone z chłodzeniem pieca. Jeśli wymagane jest hartowanie w wodzie, należy je przechowywać w temperaturze 730 ~ 760 ℃ przez 1 ~ 3 godziny po hartowaniu w wodzie przed drugim wyżarzaniem.

Wyżarzanie jest jedyną metodą obróbki cieplnej czystego tytanu i stopu tytanu α. Wyżarzanie jest odpowiednie dla wszystkich rodzajów stopów tytanu w celu wyeliminowania naprężeń i poprawy plastyczności stopu oraz stabilnej mikrostruktury. Proces wyżarzania jest stosowany do różnych stopów tytanu. Celem wyżarzania jest poprawa plastyczności materiału i stabilizacja jego struktury. Proces ten może być przeprowadzany w trzech formach: wyżarzanie odprężające, wyżarzanie rekrystalizacyjne i podwójne wyżarzanie.

Wyżarzanie odbywa się w piecu powietrznym lub w piecu z gazem obojętnym lub w piecu próżniowym, jeśli wymagane jest zanieczyszczenie powierzchni części. Podczas wyżarzania izotermicznego należy zastosować konwerter lub chłodzenie powietrzem, jeśli rozmiar części jest zbyt duży, aby uniknąć zbyt dużej mikrostruktury spowodowanej zbyt małą prędkością chłodzenia. Podczas podwójnego wyżarzania, chłodzenia powietrzem po pierwszym podgrzaniu, części tytanowe powinny być chłodzone rozproszonym, wymuszonym powietrzem, jeśli to konieczne, aby uniknąć zbyt niskiej prędkości chłodzenia wpływającej na wydajność.

Wyżarzanie tytanu klasy 5

Klasa Arkusz/taśma tytanowa Tytanowy pręt/przewody
Temperatura Czas/min Chłodzenie Temperatura Czas Chłodzenie
Klasa 5 700℃-870℃ 15-60 Chłodzenie powietrzem 700℃-800℃ 60-120 Chłodzenie powietrzem

Uwaga: Chłodzenie powietrzem lub wolniejsze chłodzenie. Podczas podwójnego wyżarzania, temperatura przejścia β poniżej 15 ~ 30 ℃ przez 1 ~ 2 godziny, chłodzenie powietrzem lub szybsze chłodzenie, a następnie 705-760 ℃ przez 1 ~ 2 godziny, chłodzenie powietrzem.

Parametry kontrolne obróbki cieplnej stopu tytanu obejmują temperaturę roztworu, czas roztworu, tryb chłodzenia (chłodzenie wodą, chłodzenie olejem, chłodzenie pieca) i temperaturę starzenia. Jeśli wymagane jest wyżarzanie β lub obróbka cieplna w roztworze β, stop Gr5 lub inny stop typu α-β należy utrzymywać przez co najmniej 30 minut powyżej temperatury przejścia β partii części (30 ± 15) ℃, a następnie schłodzić do temperatury pokojowej w powietrzu lub gazie obojętnym, niedozwolone przy chłodzeniu pieca. Jeśli wymagane jest hartowanie w wodzie, należy je przechowywać w temperaturze 730 ~ 760 ℃ przez 1 ~ 3 godziny po hartowaniu w wodzie przed drugim wyżarzaniem.

Wyżarzanie odprężające

Odprężające odpuszczanie tytanowego ogrzewania i izolacji powinno być zgodne z normą. Po izolacji części powinny być chłodzone w powietrzu lub gazie obojętnym lub w piecu. Temperatura ogrzewania wyżarzania odprężającego nie powinna przekraczać temperatury starzenia lub temperatury wyżarzania stopnia 2 dla stopów tytanu, które zostały poddane obróbce roztworem i starzeniu lub podwójnemu wyżarzaniu.

Temperatury stosowane do wyżarzania odprężającego są niższe niż w przypadku rekrystalizacji, a czas wyżarzania jest zazwyczaj krótszy niż w przypadku rekrystalizacji. Proces ten jest wykonywany w celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych podczas produkcji. Proces ten zapewnia optymalne połączenie wytrzymałości, plastyczności i stabilności wymiarowej. Może być stosowany w celu zmniejszenia niepożądanych naprężeń szczątkowych podczas kolejnych operacji, w tym obróbki skrawaniem i obróbki cieplnej. Jest to idealne rozwiązanie dla dwufazowych stopów tytanu i może również poprawić ich odporność na korozję naprężeniową. Jeśli jednak chcesz uniknąć obróbki cieplnej, ta metoda nie jest dla Ciebie zalecana.

Proces ten można przeprowadzić w temperaturze powyżej temperatury beta transus (przejście beta), która jest punktem, w którym zanika faza alfa, a mikrostruktura przekształca się w strukturę podobną do sześciennej. Metoda ta jest wykorzystywana do poprawy właściwości mechanicznych części ze stopu tytanu, które muszą być formowane w złożone kształty.

Wyżarzanie odprężające tytanu klasy 5

Stopy Temperatura Czas/min
Klasa 5 480℃ -650℃ 60-240

Uwaga: Wyżarzanie odprężające można wykonać jednocześnie w temperaturze 760 ~ 790 ℃ z formowaniem na gorąco.

Izotermiczne wyżarzanie

Wyżarzanie izotermiczne zapewnia najlepszą plastyczność i stabilność termiczną. Jest to dobry wybór dla dwufazowych stopów tytanu, które zawierają duże ilości pierwiastków b-stabilizowanych. Proces ten wymaga podgrzania stopu powyżej temperatury rekrystalizacji i przeniesienia go do pieca o niższej temperaturze. Ciepło zachowane podczas tego procesu jest przenoszone na powierzchnię stopu poprzez chłodzenie powietrzem. Proces ten można powtórzyć kilka razy, aby osiągnąć pożądany rezultat.

Wyżarzanie rekrystalizacyjne

Proces wyżarzania rekrystalizacyjnego to metoda regulacji temperatury dla określonego rodzaju stopu tytanu w celu wyeliminowania naprężeń podstawowych. Celem wyżarzania rekrystalizacyjnego jest osiągnięcie pożądanych właściwości plastycznych i wytrzymałościowych. Temperatura wyżarzania rekrystalizacyjnego wynosi zwykle od 450 do 650 ℃.

Podczas procesu wyżarzania rozciągającego rekrystalizacja stopu tytanu zachodzi jednocześnie z poślizgiem dyslokacji. Jest to znane jako zjawisko podwójnej plastyczności. Temperatura wyżarzania 920 ℃ zwiększa wytrzymałość, jednocześnie zmniejszając plastyczność. Po rekrystalizacji wytrąca się faza wtórna. Wydłużony czas wyżarzania nie ma znaczenia przy określaniu ostatecznych właściwości mechanicznych stopów tytanu.

Wygaszanie starzenia

Starzenie hartownicze jest głównym sposobem wzmacniania obróbki cieplnej stopu tytanu Ti6Al4V, który wykorzystuje przemianę fazową do wzmocnienia, znaną również jako wzmacniająca obróbka cieplna. Po obróbce roztworem części ze stopu tytanu należy poddać obróbce starzeniowej zgodnie z przepisami (patrz tabela poniżej). Po starzeniu części są chłodzone w powietrzu lub gazie obojętnym lub w piecu.

Starzenie hartownicze tytanu Gr.5 

Klasa Temperatura Czas/h
Klasa 5 480℃ -690℃ 2-8

Chemiczna obróbka cieplna

Chemiczna obróbka cieplna stopu tytanu ma głównie na celu poprawę odporności na zużycie, stabilności termicznej i wytrzymałości powierzchni. Jak wiemy, stop tytanu ma duży współczynnik tarcia i słabą odporność na zużycie (ogólnie około 40% niższą niż stal), a jego powierzchnia styku jest łatwa do wiązania i powoduje korozję cierną. Stop tytanu ma silną odporność na korozję w środowisku utleniającym, ale słabą odporność na korozję w środowisku redukującym (kwas solny, kwas siarkowy itp.). Aby poprawić te właściwości, można zastosować galwanizację, natryskiwanie i chemiczną obróbkę cieplną, tj. azotowanie, natlenianie i inne metody. Po azotowaniu twardość powierzchni azotowanej jest 2-4 razy wyższa niż bez azotowania, co może oczywiście poprawić odporność stopu na zużycie i poprawić jego odporność na korozję w medium redukującym. Odporność na korozję stopu można zwiększyć 7~9 razy poprzez natlenianie, ale wadą jest pewna utrata plastyczności i wytrzymałości zmęczeniowej.