การอบชุบไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียม (1)

การอบชุบด้วยความร้อนเป็นกระบวนการที่ควบคุมการให้ความร้อนและความเย็นของโลหะภายใต้สภาพแวดล้อมที่แม่นยำมาก เพื่อเปลี่ยนแปลงลักษณะทางกายภาพหรือทางกลของโลหะโดยไม่เปลี่ยนรูปร่างของผลิตภัณฑ์ หากการอบชุบไม่ได้ทำอย่างถูกต้อง โลหะอาจไม่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการออกแบบของวิศวกร
โดยทั่วไปแล้ว การอบชุบด้วยความร้อนเกี่ยวข้องกับการเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุ แต่ก็มักใช้เพื่อปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูป ปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูป เพิ่มความเหนียว หรือเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน ดังนั้นจึงเป็นกระบวนการสำคัญที่ทำให้แน่ใจได้ว่าจะได้คุณลักษณะเฉพาะของโลหะตามที่ระบุ

ข้อดีของการให้ความร้อนโลหะผสมไทเทเนียม:

ลดความเค้นตกค้างที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิต (บรรเทาความเครียด)
สร้างส่วนผสมที่ลงตัวระหว่างความเหนียว ความสามารถในการขึ้นรูป และความเสถียรของมิติและโครงสร้าง (การอบอ่อน)
เพิ่มความแข็งแรง (สารละลายบำบัดและชะลอวัย)

ปรับคุณสมบัติพิเศษให้เหมาะสม เช่น ความเหนียวแตกหัก ความแข็งแรงเมื่อยล้า และความแข็งแรงของการคืบที่อุณหภูมิสูง

ไทเทเนียมคลายความเครียด

โลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมสามารถบรรเทาความเครียดได้โดยไม่ส่งผลเสียต่อความแข็งแรงหรือความเหนียว

การบำบัดเพื่อบรรเทาความเครียดจะช่วยลดความเครียดตกค้างที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งเป็นผลมาจากการตีขึ้นรูปร้อนหรือการเสียรูปอันเนื่องมาจากการขึ้นรูปเย็นและการยืดรูปร่างที่ไม่สม่ำเสมอ ประการที่สอง การตัดเฉือนแผ่นหรือการตีขึ้นรูปแบบไม่สมมาตร และประการที่สาม การเชื่อมและการหล่อเย็นของการหล่อ การกำจัดความเค้นดังกล่าวจะช่วยรักษาเสถียรภาพของรูปร่างและกำจัดสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น การสูญเสียกำลังรับแรงอัดที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อ Bauschinger effect

การบรรเทาความเครียดน่าจะเป็นวิธีการให้ความร้อนที่พบบ่อยที่สุดกับไททาเนียมและไททาเนียมอัลลอยด์ ใช้เพื่อลดความเค้นตกค้างที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนรูปแบบการตีร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ การขึ้นรูปเย็นและการยืดตรงที่ไม่สม่ำเสมอ การตัดเฉือนแผ่น (โฮเกต์) หรือการตีขึ้นรูปแบบไม่สมมาตร การเชื่อมชิ้นส่วนโลหะดัด การหล่อ หรือผงโลหะ (P/M) และ การหล่อเย็นของการหล่อ

การบรรเทาความเครียดช่วยรักษาเสถียรภาพของรูปร่างและยังสามารถกำจัดสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น การสูญเสียกำลังรับแรงอัด - เอฟเฟกต์ Bauschinger ที่อาจรุนแรงเป็นพิเศษในโลหะผสมไทเทเนียม การบรรเทาความเครียดสามารถทำได้โดยไม่ส่งผลเสียต่อความแข็งแรงหรือความเหนียว

การหลอม

การหลอมโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมทำหน้าที่หลักในการเพิ่มความเหนียวแตกหัก ความเหนียวที่อุณหภูมิห้อง ความคงตัวของมิติและความร้อน และความต้านทานการคืบ โลหะผสมไทเทเนียมจำนวนมากถูกนำไปใช้งานในสถานะอบอ่อน เนื่องจากโดยทั่วไปการปรับปรุงคุณสมบัติหนึ่งรายการหรือมากกว่านั้นจะต้องสูญเสียคุณสมบัติอื่นบางส่วนไป จึงควรเลือกรอบการหลอมตามวัตถุประสงค์ของการบำบัด
การบำบัดด้วยการหลอมทั่วไปคือ:

การอบอ่อนจากโรงสีเป็นการบำบัดทั่วไปสำหรับผลิตภัณฑ์จากโรงสีทั้งหมด ไม่ใช่การอบอ่อนเต็มรูปแบบและอาจทิ้งร่องรอยของการทำงานเย็นหรืออุ่นในโครงสร้างจุลภาคของผลิตภัณฑ์ที่ต้องทำงานหนัก โดยเฉพาะแผ่นงาน

การหลอมแบบดูเพล็กซ์จะเปลี่ยนรูปร่าง ขนาด และการกระจายของเฟสไปเป็นที่จำเป็นสำหรับการปรับปรุงความต้านทานการคืบหรือความเหนียวของการแตกหัก ตัวอย่างเช่น ในการหลอมดูเพล็กซ์ของโลหะผสม Corona 5 การหลอมครั้งแรกจะอยู่ใกล้กับทรานส์ซัสเพื่อทำให้ส่วนที่มีรูปร่างผิดปกติกลายเป็นทรงกลม และลดเศษส่วนของปริมาตรให้เหลือน้อยที่สุด ตามด้วยการหลอมที่อุณหภูมิต่ำกว่าครั้งที่สองเพื่อตกตะกอนเลนส์ใหม่ (acicular) ระหว่างอนุภาคทรงกลม การก่อตัวของแอคคูลาร์นี้สัมพันธ์กับการปรับปรุงความแข็งแรงของการคืบและความเหนียวของการแตกหัก

การหลอมและการหลอมด้วยการตกผลึกซ้ำถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงความเหนียวของการแตกหัก ในการหลอมด้วยการตกผลึกซ้ำ โลหะผสมจะถูกให้ความร้อนจนถึงส่วนบนสุดของช่วง - ค้างไว้ครู่หนึ่ง จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การหลอมด้วยการตกผลึกซ้ำได้เข้ามาแทนที่การหลอมสำหรับส่วนประกอบเฟรมเครื่องบินที่สำคัญที่แตกหัก

(เบต้า) การหลอม เช่นเดียวกับการหลอมด้วยการตกผลึกซ้ำ การหลอมจะช่วยเพิ่มความทนทานต่อการแตกหัก การหลอมด้วยเบต้าจะทำที่อุณหภูมิสูงกว่าทรานสซัสของโลหะผสมที่กำลังอบอ่อน เพื่อป้องกันการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชมากเกินไป อุณหภูมิในการอบอ่อนควรสูงกว่าทรานสซัสเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เวลาในการหลอมขึ้นอยู่กับความหนาของส่วน และควรจะเพียงพอสำหรับการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด ควรรักษาเวลาที่อุณหภูมิหลังการเปลี่ยนแปลงให้น้อยที่สุดเพื่อควบคุมการเจริญเติบโตของเมล็ดข้าว ส่วนที่ใหญ่กว่าควรระบายความร้อนด้วยพัดลมหรือดับด้วยน้ำเพื่อป้องกันการก่อตัวของเฟสที่ขอบเขตเกรน

โซลูชั่นการรักษาและการแก่ชรา

ระดับความแข็งแกร่งที่หลากหลายสามารถหาได้ใน - หรือโลหะผสมโดยการบำบัดสารละลายและการบ่ม ยกเว้นโลหะผสม Ti-2.5Cu ที่เป็นเอกลักษณ์ ต้นกำเนิดของการตอบสนองการรักษาความร้อนของโลหะผสมไทเทเนียมอยู่ที่ความไม่เสถียรของเฟสอุณหภูมิสูงที่อุณหภูมิต่ำกว่า
การทำความร้อนโลหะผสมกับอุณหภูมิในการบำบัดสารละลายจะทำให้อัตราส่วนของเฟสสูงขึ้น การแบ่งเฟสนี้ได้รับการดูแลโดยการดับ เมื่ออายุมากขึ้นจะเกิดการสลายตัวของระยะที่ไม่เสถียรทำให้มีความแข็งแรงสูง โดยทั่วไปแล้วโลหะผสมเชิงพาณิชย์จะมีให้ในสภาพที่ผ่านการบำบัดด้วยสารละลาย และจำเป็นต้องผ่านการบ่มเท่านั้น การแก้ปัญหาโลหะผสมไทเทเนียมโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่าหรือต่ำกว่าอุณหภูมิทรานสซัสเล็กน้อย
โดยปกติแล้วโลหะผสม (เบต้า) จะได้มาจากผู้ผลิตในสภาวะที่ได้รับการบำบัดด้วยสารละลาย หากจำเป็นต้องอุ่นซ้ำ ระยะเวลาในการแช่ควรนานเท่าที่จำเป็นเพื่อให้ได้สารละลายที่สมบูรณ์ อุณหภูมิในการบำบัดสารละลายสำหรับโลหะผสมนั้นอยู่เหนือทรานสซัส เนื่องจากไม่มีระยะที่ 2 การเจริญเติบโตของเมล็ดข้าวจึงดำเนินไปอย่างรวดเร็ว
- (อัลฟ่า-เบต้า) อัลลอยด์ การเลือกอุณหภูมิในการบำบัดสารละลายสำหรับ - โลหะผสมจะขึ้นอยู่กับการรวมกันของคุณสมบัติทางกลที่ต้องการหลังจากการบ่ม การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในการบำบัดสารละลายของโลหะผสมจะเปลี่ยนปริมาณของเฟส และส่งผลให้การตอบสนองต่อความชราเปลี่ยนแปลงไป
เพื่อให้ได้ความแข็งแรงสูงและมีความเหนียวเพียงพอ จำเป็นต้องบำบัดสารละลายที่อุณหภูมิสูงในสนาม - ซึ่งปกติจะอยู่ที่ 25 ถึง 85 องศา (50 ถึง 150 องศา F) ต่ำกว่าทรานสซัสของโลหะผสม หากต้องการความทนทานต่อการแตกหักสูงหรือความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากความเค้นที่ดีขึ้น อาจต้องการการอบอ่อนหรือการบำบัดด้วยสารละลาย อย่างไรก็ตาม การอบชุบด้วยความร้อน - โลหะผสมในช่วงนี้ทำให้สูญเสียความเหนียวอย่างมีนัยสำคัญ โลหะผสมเหล่านี้มักจะได้รับความร้อนจากสารละลายที่อยู่ใต้ทรานส์ซัสเพื่อให้ได้สมดุลที่เหมาะสมระหว่างความเหนียว ความเหนียวของการแตกหัก การคืบ และการแตกหักของความเครียด

การดับ

หากโลหะผสมถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วโดยการดับด้วยน้ำจากบริเวณเบตาทั้งหมด แนวโน้มของเฟสอัลฟาในการก่อตัวจะถูกระงับ และเฟสเบตาจะยังคงอยู่ อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบของโลหะผสมบางชนิดมีการเปลี่ยนแปลงที่แปลกประหลาดในการชุบแข็ง กลไกของการเปลี่ยนแปลงแบบมาร์เทนซิติกหรือแบบเฉือนนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ การก่อตัวของโครงสร้างนี้เรียกว่าอัลฟ่าไพรม์ทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของโครงตาข่าย การบิดเบือนและความเครียดที่เกิดขึ้นนี้ทำให้เกิดวัสดุที่แข็งและเหนียว และมีคุณสมบัติความล้าที่ดีกว่าอัลฟ่า กระบวนการดับนี้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการแบ่งเบาบรรเทา

การแบ่งเบาบรรเทา

เมื่อไทเทเนียมดับลงจากอุณหภูมิที่สูงขึ้น นำไปให้ความร้อนอีกครั้งจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าบีตาทรานสซัส ซึ่งคงไว้เป็นระยะเวลาหนึ่งแล้วดับอีกครั้ง กล่าวกันว่าได้ทำให้อุณหภูมิลดลง การแบ่งเบาบรรเทามีตัวแปรสามประการ: ระยะปัจจุบัน เวลาที่แสดง และอุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทา

เมื่อโครงสร้างเริ่มแรกประกอบด้วยอัลฟ่าไพรม์ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงสองประการ: อัลฟ่าไพรม์แปลงเป็นอัลฟ่า และเมื่อเวลาผ่านไปอัลฟ่าจะกลายเป็นหยัก ผลลัพธ์ที่ได้คือการสูญเสียความแข็งและความแข็งแรง ตลอดจนความเหนียวและการกระแทกที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม โครงสร้างอัลฟ่าเบต้าไม่เป็นไปตามรูปแบบนี้ อัลฟ่าโดยพื้นฐานแล้วยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เบต้าสลายตัวเพื่อสร้างอัลฟ่ามากขึ้นโดยสูญเสียเฟสเบต้า ที่อุณหภูมิต่ำจะเกิดอัลฟ่ามากขึ้น ดังนั้นอุณหภูมิการอบคืนตัวที่ต่ำส่งผลให้ความแข็งแรงและความแข็งลดลงมากขึ้นและมีความเหนียวเพิ่มขึ้นมากกว่าการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงในช่วงเวลาที่เท่ากัน

การเปลี่ยนแปลงของไอโซเทอร์มอล

ในการชุบโลหะผสมด้วยความร้อนจากบริเวณเบตาทั้งหมดจนถึงอุณหภูมิในสนามอัลฟ่า-เบต้าและคงไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นจึงดับต่อไปที่อุณหภูมิห้อง วัสดุจะถูกเปลี่ยนสภาพด้วยความร้อน การบำบัดด้วยวิธีนี้ทำให้เกิดการตกตะกอนของเฟสอัลฟาจากเบต้า ที่อุณหภูมิสูง อัลฟาจะตกตะกอนที่ขอบเขตเกรนก่อน และต่อมาจะตกตะกอนภายในเกรนเบตาเอง
การบำบัดนี้ เมื่อคงไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย ในตอนแรกจะได้วัสดุที่แข็งมากเนื่องจากการก่อตัวของเบตาไพรม์ หากยืดเวลาการยึดเกาะออกไป ความแข็งและความแข็งแรงจะลดลงพร้อมกับความเหนียวและความเหนียวที่เพิ่มขึ้นตามมาด้วย ที่อุณหภูมิต่ำกว่า ความแข็งและความเปราะจะเพิ่มขึ้นทีละน้อย และในระยะเวลานาน อาจได้รับความแข็งที่สูงกว่าการบำบัดด้วยอุณหภูมิสูงในระยะเวลาอันสั้น

(ยังมีต่อ)