عملیات حرارتی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم

تیتانیوم یک فلز ساختاری مهم است که در دهه 1950 توسعه یافت. آلیاژهای تیتانیوم به دلیل استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی خوب و مقاومت حرارتی بالا به طور گسترده در زمینه های مختلف استفاده می شوند. تیتانیوم به دلیل نسبت مقاومت به وزن عالی، مقاومت در برابر خوردگی و زیست سازگاری، ماده ای است که در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. آلیاژ تیتانیوم به انواع فلزات آلیاژی ساخته شده از تیتانیوم و سایر فلزات اشاره دارد. تیتانیوم یک فلز ساختاری مهم است که در دهه 1950 توسعه یافت. آلیاژهای تیتانیوم دارای استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی خوب و مقاومت در برابر حرارت بالا هستند. در دهه های 1950 و 1960، تمرکز اصلی بر روی توسعه آلیاژهای تیتانیوم با دمای بالا برای موتورهای هوا و آلیاژهای تیتانیوم ساختاری برای بدنه هواپیما بود.

تیتانیوم یک آلوتروپ با نقطه ذوب 1668 درجه است. دارای ساختار شبکه ای شش ضلعی نزدیک به زیر 882 درجه است که آلفا تیتانیوم نامیده می شود. دارای ساختار شبکه مکعبی متمرکز بدنه بالای 882 درجه است که به آن بتا تیتانیوم می گویند. با بهره گیری از ویژگی های متفاوت دو ساختار فوق تیتانیوم، افزودن عناصر آلیاژی مناسب برای تغییر تدریجی دمای تبدیل فاز و محتوای فاز، آلیاژهای تیتانیوم با ساختارهای متفاوت به دست می آید. در دمای اتاق، آلیاژهای تیتانیوم دارای سه ساختار ماتریس هستند و آلیاژهای تیتانیوم به سه دسته زیر تقسیم می شوند: آلیاژ، آلیاژ (+) و آلیاژ.

با این حال، به منظور بهینه سازی خواص مکانیکی آنها، اغلب عملیات حرارتی مورد نیاز است. عملیات حرارتی یک مرحله مهم در پردازش تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم است. می تواند عملکرد مواد را بهبود بخشد و پایداری مواد را افزایش دهد. این مقاله به طور مفصل به معرفی محلول جامد، عملیات تثبیت، عملیات بازپخت و عملیات حذف هیدروژن در عملیات حرارتی آلیاژهای تیتانیوم می پردازد.

1. درمان محلول جامد
هدف از درمان محلول جامد حل کامل عناصر آلیاژی در آلیاژهای تیتانیوم و تیتانیوم برای تشکیل محلول جامد فوق اشباع است و در نتیجه استحکام و سختی مواد را بهبود می بخشد. فرآیند محلول جامد عمدتاً شامل مراحل زیر است:
حرارت دادن تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم تا دمای بالا (بالاتر از نقطه تبدیل فاز) و حفظ آن برای مدت معینی باعث می شود تا عناصر آلیاژی کاملا حل شوند. تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم را به سرعت در دمای اتاق خنک کنید تا محلول جامد فوق اشباع به دست آید.
2. درمان تثبیت
عملیات تثبیت عمدتاً برای حذف فازهای مضر در تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم و بهبود انعطاف پذیری و چقرمگی مواد استفاده می شود. عملیات تثبیت عمدتاً شامل مراحل زیر است: حرارت دادن تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم تا دماهای بالا (بالاتر از نقطه تبدیل فاز) و نگهداری آنها برای مدت معینی برای حل کامل فازهای مضر.
برای به دست آوردن ساختار متالوگرافی پایدار، تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم را به سرعت در دمای اتاق خنک کنید.
3. درمان آنیلینگ
عملیات بازپخت عمدتاً برای از بین بردن استرس داخلی در طول پردازش تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم و بهبود انعطاف پذیری و چقرمگی مواد استفاده می شود. عملیات بازپخت عمدتاً شامل مراحل زیر است: حرارت دادن تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم در زیر نقطه بحرانی و نگهداری آنها برای مدت زمان معینی برای رهایی از تنش داخلی.
برای جلوگیری از ایجاد تنش های داخلی جدید، تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم را به آرامی در دمای اتاق خنک کنید.
4. درمان حذف هیدروژن
تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم به راحتی هیدروژن را در حین پردازش جذب می کنند و باعث ایجاد ترک و شکنندگی هیدروژن در مواد می شوند. هدف از درمان حذف هیدروژن حذف هیدروژن از تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم و بهبود قابلیت اطمینان و پایداری مواد است. درمان حذف هیدروژن عمدتاً شامل مراحل زیر است:
حرارت دادن تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم تا دمای بالا (بالاتر از نقطه تبدیل فاز) و نگهداری آن برای مدت معینی باعث آزاد شدن هیدروژن می شود. تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم را به سرعت در دمای اتاق خنک کنید تا از ورود هیدروژن تازه جذب شده به مواد جلوگیری کنید.

به طور خلاصه، تیمار محلول جامد، عملیات تثبیت، عملیات بازپخت و عملیات حذف هیدروژن، همگی پیوندهای بسیار مهمی در عملیات حرارتی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم هستند. برای به دست آوردن محصولات تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم با خواص عالی، باید اصول، روش ها و دامنه کاربرد این فرآیندهای عملیات حرارتی را درک و تسلط داشته باشیم و فرآیند عملیات حرارتی مناسب را با توجه به موقعیت خاص برای بهبود عملکرد، پایداری و بهبود عملکرد انتخاب کنیم. قابلیت اطمینان مواد