Termomekanisk prosesseringsteknologi for -titaniumlegeringer

-titanlegeringer har blitt en av forskningshotspottene i titanlegeringsmaterialer på grunn av deres utmerkede varme- og kaldebearbeidbarhet, justerbare mekaniske egenskaper og stabilitet over et bredt temperaturområde. Kombinert plastisk deformasjon med varmebehandling, termomekanisk prosessering (TMP) kan effektivt optimere mikrostrukturen til -titaniumlegeringer for å gi nøkkeltekniske egenskaper for og oppnå nøyaktige tekniske egenskaper for. høy-applikasjoner av -titaniumlegeringer.

 

 

Analyse av egenskapene til beta titanlegeringer

 

 

Kjernen ligger i den synergistiske effekten av "deformasjons-indusert mikrostrukturell utvikling" og "varmebehandling-kontrollerte nedbørsfaser", som nøyaktig regulerer oppførselen til krystalldefekter under deformasjon og fasetransformasjonen/utfellingsprosessen under varmebehandlingen for å optimere materialets mikrostruktur og egenskaper.

 

1.1Deformasjon-Indusert berikelse av krystalldefekter og kornforfining

Plastisk deformasjon genererer et stort antall dislokasjoner i -titanlegeringer. Med økningen av deformasjonsmengden danner dislokasjonsglidning og sammenfiltring understrukturer, som videre raffineres til likeaksede underkorn eller rekrystalliserte korn gjennom dynamisk gjenvinning/rekrystallisering. Fine korn kan forbedre styrke gjennom korngrenseforsterkning og redusere spenningskonsentrasjon for å øke seighet (fin-kornforsterkende effekt). Deformasjonstemperaturen bestemmer mikrostrukturmorfologien: deformasjon i -faseregionen har en tendens til å oppnå jevne og fine korn, mens deformasjon i + dobbel-faseområdet danner en kompleks raffinert dobbel-fasestruktur.

 

1.2Synergistisk regulering av fasetransformasjons- og nedbørsfaser

Ved å kontrollere kjølehastigheten og aldringsprosessen, reguleres transformasjonen av -fase til -fase og ω-fase:

-fasen er den viktigste styrkingsfasen. Krystalldefekter introdusert ved deformasjon gir kjernedannelsessteder, noe som gjør det mulig å utfelle i en dispergert og fin form, noe som hindrer dislokasjonsbevegelse for å oppnå forsterkning av nedbør. Aldring ved lav-temperatur danner nåleformet/lamellær -fase, mens høy-aldring danner sfærisk -fase (balanserende styrke og seighet).

Selv om ω--fasen forbedrer styrken betydelig, reduserer den seigheten kraftig, så det er nødvendig å unngå eller hemme den ved å kontrollere kjølehastigheten og legeringssammensetningen.

 

1.3Stressavslapping og optimalisering av mikrostrukturell stabilitet

Oppvarmingsprosessen for varmebehandling fremmer atomdiffusjon, og realiserer dislokasjonsutslettelse og restspenningseliminering, noe som unngår deformasjon og sprekker under påfølgende behandling/service. Den stabiliserer deformasjons-indusert fin-kornstruktur, forbedrer dens termiske stabilitet og forhindrer kornvekst ved høye-temperaturer. Denne effekten tillater materialets prosessytelse, dimensjonsstabilitet og levetid, noe som gjør det egnet for høye-temperaturer og høye-arbeidsforhold som romfart.

 

 

2.1 Kjerneprosessruter

Deformasjon i -faseregion + aldring: Varm opp til -faseregionen (50-150 grader over -transustemperaturen), deformer, avkjøl deretter raskt til romtemperatur og utfør aldringsbehandling. Denne prosessen oppnår jevnt raffinerte korn og dispergerte -faser, og er egnet for strukturelle komponenter med høy-styrke og høy seighet.

Deformasjon i + dobbel-faseregion + aldring: Varm opp til + dobbel-faseregionen (mellom -transustemperaturen og romtemperaturen), deformeres for å avgrense strukturen gjennom dobbel-grensesnittet, og eldes etter avkjøling. Den har både høy styrke og utmerket tretthetsytelse, og er egnet for tretthetsbelastede komponenter som for eksempel aeromotorblader.

For legeringer med spesielle krav kan komposittprosesser som deformasjons-trinnaldring og isotermisk termomekanisk prosessering tas i bruk for å optimalisere ytelsen.

 

2.2 Nøkkelprosessparameterkontroll

1. Deformasjonstemperatur (Hovedparameter)

-faseregion: Kontrollert ved -transus +50 grad ~ -transus +100 grad for å sikre dynamisk omkrystallisering og kornforfining;

+ dobbel-faseregion: -transus -50 grader ~ -transus -100 grader, beholder 10%-30% -fase for å avgrense strukturen gjennom tofasesynergi;

Nøkkelpunkt: For høy temperatur fører til forgrovning av korn, mens for lav temperatur øker deformasjonsmotstanden og har en tendens til å forårsake sprekker.

 

2. Deformasjonsmengde og rate

Deformasjonsmengde: 30%-70%. For stor deformasjon er utsatt for sprekker, mens for liten deformasjon er vanskelig å foredle strukturen;

Deformasjonshastighet: Middels-lav hastighet (0,1-10 s⁻¹) for å unngå kornvekst forårsaket av adiabatisk oppvarming; for legeringer som er vanskelige å-deformere, kan hastigheten reduseres eller trinnvis deformasjon kan brukes.

3. Avkjølingshastighet og aldringsparametere

 

Avkjøling: Rask avkjøling (vannkjøling/oljekjøling) for å oppnå en overmettet fast løsning, som legger grunnlaget for aldringsforsterkning; for langsom avkjøling vil redusere styrken;

Aldring: Lav temperatur (350-450 grader, 1-4t) danner fine nålformede -faser med betydelig styrkende effekt; middels-høy ​​temperatur (450-600 grader, 4-8 timer) oppnår sfæriske/korte stavlignende faser, balanserende styrke og seighet; luftkjøling etter aldring er tilstrekkelig for å unngå gjenværende stress.

 

 

 

Detaljert fasediagram over titaniumlegeringsfasesammensetning vs. konsentrasjon av -stabiliserende elementer og temperatur

 

 

Sammenligningsdimensjon	Høy-stabilitet -Titanlegeringer	Medium-Stabilitet -Titanlegeringer	Lav-stabilitet -Titanlegeringer
Representative legeringer	Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, Ti-10V-2Fe-3Al	Ti-6Al-4V ELI, Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr	Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-2Al-1,5Mn
Kjerneegenskaper	Høyt innhold av -stabiliserende elementer, opprettholdelse av stabil -fase ved romtemperatur, og -fase er vanskelig å utfelle	Moderat innhold av -stabiliserende elementer, med både god deformerbarhet og fasetransformasjonsaktivitet, mest brukt	Lavt innhold av -stabiliserende elementer, dårlig -fasestabilitet og utsatt for → fasetransformasjon ved romtemperatur
Responsmekanisme til TMP	Deformasjon i -faseregion oppnår dynamisk rekrystallisering (fine korn), og aldring ved 500-650 grader utfeller en liten mengde dispergerte faser og TiAl-forbindelser, med synergistisk styrking av "deformasjon + aldring"	Deformasjon i + dobbel-faseregion knuser -faser og beriker -fasedislokasjoner; etter rask avkjøling + aldring faller et stort antall dispergerte nåleformede/lamellære -faser ut, med synergistisk finkornforsterkning og nedbørstyrking	Krystalldefekter introdusert av deformasjon akselererer fasetransformasjon, og et stort antall -faser kan utfelles ved luftkjøling uten ytterligere aldringsbehandling