Titanyum Alaşımları için Yaygın Isıl İşlem Yöntemleri

Titanyum Alaşımlarının Isıl İşlemi: Amaç ve Aileler

Titanyum alaşımları için yaygın olarak kullanılan ısıl işlemler iki aileye ayrılır: tavlama ve yaşlandırma ile çözelti işlemi. Tavlama her türlü titanyum alaşımına uygulanabilir; Temel amacı, mekanik özelliklerin en iyi kombinasyonunu elde etmek, iç gerilimi azaltmak, plastisiteyi geliştirmek ve yapıyı stabilize etmektir. Yaşlandırmanın takip ettiği çözelti işlemi, titanyum alaşımlarını güçlendirmenin temel yoludur ve tavlanmış durumdan daha yüksek bir mukavemet seviyesi gerektiğinde kullanılır.

Gerilim Giderme Tavlaması

Tavlama sıcaklığı, alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının 100-250 derece altına ayarlanır. Amaç, işleme sırasında ortaya çıkan iç gerilimleri ortadan kaldırmak veya azaltmak, daha sonraki işlemlerde ise distorsiyonu önlemek veya sınırlamaktır. Tutma süresi iş parçasının kesitine, işleme geçmişine ve gerekli gerilim giderme derecesine bağlıdır. Sıcaklık yeniden kristalleşme aralığının altında kaldığı için işlenmiş yapı yeniden kristalleşmez, dolayısıyla artık gerilim azaltılırken dayanıklılık esasen korunur. Üretimde bu işlem kaynak sonrasında, ince kesitlerin ağır işlenmesinden sonra ve şekillendirme operasyonları arasında kullanılır.

Tam (Yeniden Kristalizasyon) Tavlama

Yeniden kristalleşme tavlaması olarak da bilinen tam tavlama, yeniden kristalleşme sıcaklığı ile beta-geçiş noktası arasında, yani alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklıkta gerçekleştirilir, böylece yeniden kristalleşme baskın işlem olur. Amacı sertliği azaltmak, plastisiteyi geliştirmek, yapıyı stabilize etmek ve işlenebilirliği geliştirmektir. Tavlama türü, tavlama sıcaklığı ve soğutma yöntemi bir titanyum alaşımından diğerine farklılık gösterir ve buna göre fırın soğutması, havayla soğutma veya kontrollü bir soğutma hızı seçilir. İşlem, son şekillendirme veya işleme öncesinde işlenmiş veya kısmen yeniden kristalleştirilmiş bir yapıyı eski haline getirmek için kullanılır.

Çift Tavlama ve İzotermal Tavlama

Çift tavlama, bir yüksek-sıcaklık aşaması ve bir düşük-sıcaklık aşamasından ve ardından havayla soğutmadan oluşur. Yüksek-sıcaklık aşaması, beta-geçiş noktasının 20-160 derece altında tutulur ve düşük-sıcaklık aşaması, gerekli esneklik ve kırılma dayanıklılığı dengesini sağlamak için seçilen seviyede beta geçiş noktasının altında tutulur. İşlemin amacı alaşımın plastisitesini ve kırılma tokluğunu iyileştirmek ve yapıyı stabilize etmektir; dövmelerde ve hasar toleransını makul güçle birleştirmesi gereken bileşenlerde yaygın olarak kullanılır.

İzotermal tavlama, çift tavlamanın özel bir şeklidir. İş parçası önce beta{-geçiş noktasının 20-160 derece altına kadar ısıtılıp bekletilir, ardından 600-650 derecede tutulan bir fırına aktarılıp tekrar tutulur ve son olarak oda sıcaklığına kadar havayla soğutulur. Beta-stabilize edici elementlerin yüksek içeriğine sahip titanyum alaşımları için uygundur ve yavaş, tek biçimli soğutmanın, kararlı bir yapı elde edecek şekilde beta fazını tamamen parçalaması amaçlanır. İzotermal tavlama, kesit kalınlığının bileşen boyunca eşit olmayan bir soğuma hızı oluşturacağı durumlarda seçilir. Transfer adımı kritik olduğu için üretimde transfer süresi ve fırın yüklemesi kontrol edilir. Tedavinin amacı tekdüze özelliklere sahip stabil bir yapı elde etmektir.

Çözüm Tedavisi ve Yaşlandırma

Çözelti işlemi, alfa+beta iki-faz bölgesinin dönüşüm sıcaklığının üzerinde, normalde beta-dönüşüm noktasının 28-83 derece altında gerçekleştirilir; özel durumlarda alaşım beta dönüşüm noktasının üzerinde de ısıtılabilir. Çözelti tedavisini, yüksek oranda metastabil beta fazını koruyan ve sonraki yaşlandırma güçlendirmesi için kapasite sağlayan söndürme takip eder.

Yaşlandırma tedavisi genellikle 425 derece ile 650 derece arasındaki sıcaklıkta gerçekleştirilir. Yaşlandırma sıcaklığı ve yaşlandırma süresi, belirli alaşımın yaşlandırma-sertleşme eğrisinden belirlenir çünkü bunlar çökelmiş fazın miktarını, boyutunu ve dağılımını kontrol eder. Yaşlanma sırasında yarı kararlı beta fazı ayrışır ve ince bir ikinci faz çökelerek alaşımın mukavemetini artırır. Yaşlandırma ile birlikte çözelti işlemi, yüksek-mukavemetli titanyum alaşımı bileşenlere giden standart yoldur ve hem söndürme gecikmesi hem de yaşlandırma programı, özelliklerin partiden partiye tekrarlanabilmesi için sıkı sınırlar içinde tutulur.

SSS: Titanyum Alaşımlarının Isıl İşlemi

S: Tavlama ve çözelti işlemi arasındaki fark nedir?
Tavlama alaşımı yumuşatır, gerilimi azaltır ve yapıyı stabilize eder ve her titanyum alaşımına uygulanabilir. Çözelti muamelesi, fazları yüksek sıcaklıkta çözer ve ardından mukavemeti arttırmak için söndürme ve yaşlandırma yapılır.

S: Gerilim giderme tavlama sıcaklığı nasıl seçilir?
Yeniden kristalleşme sıcaklığının 100-250 derece altına ayarlanır, böylece işlenmiş yapı yeniden kristalleştirilmeden iç gerilim azaltılır.

S: Çift tavlama yerine izotermal tavlama ne zaman kullanılmalıdır?
Alaşım yüksek seviyede beta{0}}dengeleyici elementler içerdiğinde veya kesit, doğrudan hava soğutmasının beta fazını yalnızca kısmen ayrışmış halde bırakacak kadar kalın olduğunda. İzotermal tavlama, tam ayrışmayı sağlamak için 600-650 derecelik bir tutma aşaması kullanır.

S: Çözelti işleminden sonra neden söndürme kullanılıyor?
Söndürme, soğuma sırasındaki difüzyonu baskılar ve daha sonra yaşlanma sırasında alaşımı çökelten ve sertleştiren faz olan yarı kararlı beta fazını yüksek oranda tutar.

S: Yaşlandırma sıcaklığı ve yaşlandırma süresi nasıl seçilir?
Sıcaklık, çökeltinin türünü ve boyutunu, zaman da çökelme reaksiyonunun ne kadar ilerleyeceğini kontrol ettiğinden, bunlar belirli bir alaşımın yaşlanma-sertleşme eğrisinden okunur.

S: Her titanyum alaşımı tavlanabilir mi?
Evet. Tavlama her türlü titanyum alaşımına uygulanabilir ancak tavlama tipi, sıcaklığı ve soğutma yöntemi her alaşım ve ürün formu için ayrı ayrı seçilir.