Udoskonalenie stopu tytanu przez obróbkę wodorową

Bardzo drobnoziarnisty stopu tytanu ma szereg wyjątkowych zalet, jego wytrzymałość w temperaturze pokojowej można do pewnego stopnia poprawić i ma duże wydłużenie przy rozciąganiu w wysokiej temperaturze. Ziarna rafinowane są zwykle uzyskiwane metodami dużych deformacji, takimi jak wyciskanie kątowe o równej średnicy, skręcanie pod wysokim ciśnieniem, kucie wieloosiowe i skumulowane zgrzewanie w kręgach. Ponadto obróbkę wodorową można również zastosować do stopów tytanu.

W latach 1970. Moskiewski Instytut Badawczy Produkcji Lotniczej badał wpływ wodoru na właściwości przetwórcze stopów tytanu i zaproponował koncepcję „plastyfikacji wodorowej”, wykorzystującej wodór jako tymczasowy pierwiastek stopowy, poprzez infiltrację wodoru, rozkład eutektoidalny, wodór próżniowy usuwanie i inne procesy. , wykorzystując plastyczność indukowaną wodorem, indukowaną wodorem przemianę fazową i odwracalne tworzenie stopów wodoru w stopach tytanu w celu poprawy właściwości przetwarzania i udoskonalenia mikrostruktury materiałów.

Obróbkę wodorową można zastosować do udoskonalenia struktury ziarna odlewów ze stopów tytanu i odkuwek oraz poprawy ich właściwości mechanicznych. W literaturze donoszono, że mikrostruktura stopu TiAl może być uszlachetniana przez obróbkę wodorową, a jego wytrzymałość na ściskanie i granica plastyczności uległy znacznej poprawie. W praktycznych zastosowaniach technologię obróbki wodorowej można zwykle łączyć z odpowiednią późniejszą obróbką cieplną i obróbką odkształcenia termicznego, aby uzyskać bardzo drobnoziarnistą strukturę. Badania wykazały, że deformacje na dużą skalę uwodornione stopy tytanu w wysokiej temperaturze może tworzyć równoosiowe drobne ziarna o wielkości ziarna około 1 μm, a nawet ziarna w skali nano. Z badań stopu Ti-6.3Al-3.5Mo-1.7Zr (%, ułamek masowy) wynika, że ​​w obróbce wodorowej udział atomowy wodoru wynosi 14%-16%, temperatura deformacji zostaje obniżona do 550℃, a następnie poprzez deformację proces i faza metastabilna, W procesie rozkładu ostatecznie uzyskano ziarna nanokrystaliczne o wielkości ziarna 40 nm. Porównując inżynierskie krzywe naprężenie-odkształcenie stopów Ti-6Al-4V o różnych wielkościach ziaren, można zauważyć, że materiały ultradrobnoziarniste wykazują wysoką granicę plastyczności i wysokie wydłużenie w porównaniu z materiałami gruboziarnistymi lub ogólnie drobnoziarnistymi .

Pozwól stopowi tytanu wchłonąć dużą liczbę atomów wodoru (protium), a następnie pozwól, aby te atomy wodoru (prot) uległy desorpcji w próżni w wysokiej temperaturze, proces ten nazywa się obróbką protium. W przypadku stopów tytanu α + β obróbka protium obejmuje następujące trzy procesy: (1) absorpcja protu w atmosferze wodoru; (2) przemiana martenzytyczna i obróbka na gorąco ostatecznie powodują dyspersyjne wytrącanie wodorków; (3) końcowa obróbka desorpcją i rekrystalizacja protium. Podaje się, że stop Ti-6Al-4V jest traktowany protem, a stop absorbuje 0.5% protu i desorbuje w 873K, wykazując ultradrobną, równoosiową strukturę ziarnową z granicami ziaren o dużym kącie i wielkością ziarna w zakresie 300-500 nm. Badania wykazały, że leczenie protium zwiększa zawartość fazy β w matrycy α. Próby rozciągania pokazują, że granica plastyczności stopu wzrasta w temperaturze pokojowej, a maksymalne wydłużenie stopu 1123K sięga 9000%. Doniesiono również, że blacha Ti-6Al-4V została potraktowana protem o zawartości protu 0.5%, a następnie hartowana w 1223K, walcowana na gorąco w 1023K do stopnia redukcji grubości 80% i desorbowana w 873K. W jednolitej strukturze równoosiowych kryształów wielkość ziarna wynosi 0.3 ~ 0.5 μm. Wyniki badań pokazują, że właściwości mechaniczne stopu, takie jak nadplastyczne wydłużenie stopu, znacznie wzrastają wraz ze spadkiem wielkości ziarna.

Chociaż metoda obróbki wodorowej wykazuje ogromny potencjał rafinacja stopów tytanu, w porównaniu z innymi konwencjonalnymi metodami, metoda obróbki wodorem ma wyższy koszt, a w przypadku większych elementów konstrukcyjnych ta metoda obróbki również wiąże się z nierównomiernymi wymaganiami dotyczącymi dystrybucji wodoru i stanu urządzeń. Wyższe problemy wciąż wymagają dalszych badań do rozwiązania.