Tractament tèrmic de titani i aliatges de titani (1)
El tractament tèrmic és un procés pel qual es realitza un escalfament i refredament controlat dels metalls en condicions ambientals molt precises per tal d'alterar les característiques físiques o mecàniques del metall sense canviar la forma del producte. Si el tractament tèrmic no es fa correctament, és possible que el metall no assoleixi les propietats desitjades necessàries per complir les especificacions de disseny dels enginyers.
El tractament tèrmic normalment s'associa amb l'augment de la resistència del material, però també s'utilitza amb freqüència per millorar la mecanització, millorar la conformabilitat, augmentar la ductilitat o augmentar la resistència a la corrosió. Per tant, és un procés crític que garanteix que s'assoleixen les característiques especificades del metall.
Els avantatges del tractament tèrmic d'aliatges de titani:
Reduir les tensions residuals desenvolupades durant la fabricació (alleujament de tensió)
Produeix una combinació òptima de ductilitat, mecanització i estabilitat dimensional i estructural (recuit)
Augmentar la força (tractament de solució i envelliment)
Optimitzeu propietats especials com ara la tenacitat a la fractura, la resistència a la fatiga i la resistència a la fluència a alta temperatura
Alleujar l'estrès del titani
El titani i els aliatges de titani es poden alleujar l'estrès sense afectar negativament la resistència o la ductilitat.
Els tractaments d'alleujament d'estrès redueixen les tensions residuals indesitjables que resulten de la primera forja en calent o deformació no uniforme per conformació i redreçament en fred, segon, mecanitzat asimètric de plaques o peces forjades i, tercer, soldadura i refredament de peces de fosa. L'eliminació d'aquestes tensions ajuda a mantenir l'estabilitat de la forma i elimina condicions desfavorables, com ara la pèrdua de resistència a la compressió coneguda comunament com a efecte Bauschinger.
L'alleujament de l'estrès és probablement el tractament tèrmic més comú que es dóna al titani i als aliatges de titani. S'utilitza per disminuir les tensions residuals indesitjables que resulten de la deformació no uniforme de forja en calent, la conformació i redreçament en fred no uniforme, el mecanitzat asimètric de plaques (hogouts) o forjades, la soldadura de peces forjades, foses o de metal·lúrgia de pols (P/M) i refredament de peces de fosa.
L'alleujament de l'estrès ajuda a mantenir l'estabilitat de la forma i també pot eliminar condicions desfavorables, com ara la pèrdua de resistència a la compressió, l'efecte Bauschinger, que pot ser especialment greu en els aliatges de titani. L'alleujament de l'estrès es pot realitzar sense afectar negativament la resistència o la ductilitat.
Recuit
El recuit de titani i aliatges de titani serveix principalment per augmentar la tenacitat a la fractura, la ductilitat a temperatura ambient, l'estabilitat dimensional i tèrmica i la resistència a la fluència. Molts aliatges de titani es posen en servei en estat recuit. Com que la millora d'una o més propietats generalment s'obté a costa d'alguna altra propietat, el cicle de recuit s'ha de seleccionar segons l'objectiu del tractament.
Els tractaments de recuit habituals són:
El recuit del molí és un tractament d'ús general que es dóna a tots els productes del molí. No és un recuit complet i pot deixar restes de treball en fred o en calent a les microestructures de productes molt treballats, especialment de làmina.
El recuit dúplex altera les formes, mides i distribucions de les fases a les necessàries per millorar la resistència a la fluència o la tenacitat a la fractura. En el recuit dúplex de l'aliatge Corona 5, per exemple, el primer recuit està a prop del transus per globularitzar el deformat i minimitzar la seva fracció de volum. Això és seguit d'un segon recuit a baixa temperatura per precipitar nous lenticulars (aciculars) entre les partícules globulars. Aquesta formació d'acicular s'associa amb millores en la resistència a la fluència i la resistència a la fractura.
El recuit i el recuit de recristal·lització s'utilitzen per millorar la tenacitat a la fractura. En el recuit de recristal·lització, l'aliatge s'escalfa a l'extrem superior del rang -, es manté durant un temps i després es refreda molt lentament. En els darrers anys, el recuit de recristal·lització ha substituït el recuit per a components crítics de la cèl·lula de fractura.
(Beta) Recuit. Igual que el recuit de recristal·lització, el recuit millora la tenacitat a la fractura. El recuit beta es fa a temperatures superiors al transus de l'aliatge que s'està recuit. Per evitar un creixement excessiu del gra, la temperatura de recuit hauria de ser només lleugerament superior a la del transus. Els temps de recuit depenen del gruix de la secció i haurien de ser suficients per a una transformació completa. El temps a la temperatura després de la transformació s'ha de mantenir al mínim per controlar el creixement del gra. Les seccions més grans s'han de refredar amb ventilador o apagar per aigua per evitar la formació d'una fase als límits del gra.
Solució Tractament i Envelliment
Es pot obtenir una àmplia gamma de nivells de resistència en - o aliatges mitjançant tractament amb solució i envelliment. Amb l'excepció de l'aliatge únic Ti-2.5Cu, l'origen de les respostes de tractament tèrmic dels aliatges de titani rau en la inestabilitat de la fase d'alta temperatura a temperatures més baixes.
L'escalfament d'un aliatge a la temperatura de tractament de la solució produeix una proporció de fase més alta. Aquesta partició de fases es manté mitjançant l'extinció; en l'envelliment posterior, es produeix la descomposició de la fase inestable, proporcionant una gran resistència. Els aliatges comercials generalment es subministren en condicions de tractament amb solució, i només necessiten ser envellits. El tractament amb solució d'aliatges de titani generalment implica escalfar-se a temperatures lleugerament superiors o lleugerament inferiors a la temperatura transus.
Els aliatges (Beta) s'obtenen normalment dels productors en condicions de tractament amb solució. Si cal reescalfar, els temps de remull només han de ser tan llargs com sigui necessari per obtenir una solució completa. Les temperatures de tractament de la solució per als aliatges estan per sobre del transus; com que no hi ha una segona fase, el creixement del gra pot avançar ràpidament.
- Aliatges (alfa-beta). La selecció d'una temperatura de tractament de solució per als aliatges es basa en la combinació de propietats mecàniques desitjades després de l'envelliment. Un canvi en la temperatura de tractament de la solució dels aliatges - altera les quantitats de fase i, en conseqüència, canvia la resposta a l'envelliment.
Per obtenir una alta resistència amb una ductilitat adequada, és necessari tractar amb solució a una temperatura alta en el camp, normalment de 25 a 85 graus (50 a 150 graus F) per sota del transus de l'aliatge. Si es requereix una alta tenacitat a la fractura o una millor resistència a la corrosió per estrès, pot ser desitjable el recuit o el tractament amb solució. No obstant això, el tractament tèrmic - aliatges de la gamma provoca una pèrdua important de ductilitat. Aquests aliatges solen ser tractats tèrmicament en solució per sota del transus per obtenir un equilibri òptim de propietats de ductilitat, tenacitat a la fractura, fluència i ruptura per tensió.
Apagat
Si els aliatges es refreden ràpidament mitjançant l'extinció d'aigua de tota la regió beta, es suprimeix la tendència de la fase alfa a formar-se i es manté la fase beta. Algunes composicions d'aliatge, però, presenten una transformació peculiar a l'extinció. Aquest mecanisme de transformació martensítica o similar a la cisalla no s'entén completament. La formació d'aquesta estructura, l'anomenada primer alfa, provoca una certa distorsió de la xarxa. Aquesta distorsió i la tensió resultant produeixen un material, que és dur i resistent, i posseeix millors propietats de fatiga que l'alfa. Aquest procés de trempat també és el punt inicial del tremp.
Temperament
Quan el titani s'extingeix des d'una temperatura elevada, es torna a escalfar a una temperatura inferior a la beta transus, es manté durant un període de temps i s'apaga de nou, es diu que s'ha temperat. Hi ha tres variables en el tremp: les fases presents, el temps que es manté i la temperatura de tremp.
Quan l'estructura inicial conté alfa primer, es produeixen dos canvis: l'alfa primer es transforma en alfa i, en temps més llargs, l'alfa es torna serrat. El resultat és una pèrdua de duresa i resistència i un augment de la ductilitat i l'impacte. Les estructures alfa-beta, però, no segueixen aquest patró. L'alfa es manté principalment sense canvis; la beta es descompon per formar més alfa a costa de la fase beta. A baixes temperatures es formarà més alfa; per tant, les temperatures de tremp baixes produeixen una major disminució de la resistència i la duresa i un augment més gran de la ductilitat que el tremp a alta temperatura en intervals de temps idèntics.
Transformació isotèrmica
En apagar en calent un aliatge de tota la regió beta fins a temperatures del camp alfa-beta i mantenir-lo durant un període de temps i després apagar-lo a temperatura ambient, el material es transforma isotèrmicament. El tractament d'aquesta manera provoca la precipitació de la fase alfa de la beta. A altes temperatures, l'alfa precipita primer als límits dels grans i més tard dins dels mateixos grans beta.
Aquest tractament, quan es manté a temperatures just per sota de la temperatura de transformació, al principi dóna un material molt dur a causa de la formació de beta primer. Si s'allarga el temps de retenció, la duresa i la resistència disminueixen amb un augment de la ductilitat i la tenacitat. A temperatures més baixes es produeix un augment gradual de la duresa i la fragilitat, i en temps prolongats es pot obtenir una duresa més alta que amb tractaments a alta temperatura de curta durada.
(Continuarà)
