Características de tratamento térmico de liga de titânio
(1) A transformação da fase martensítica não causa alterações significativas nas propriedades das ligas de titânio. Esta característica é diferente da transformação da fase martensítica do aço. O fortalecimento de ligas de titânio por tratamento térmico depende da decomposição por envelhecimento da fase subestável formada pela têmpera, incluindo a fase martensítica. O tratamento térmico para ligas de titânio tipo A puro é basicamente ineficaz; é usado principalmente para ligas de titânio do tipo α+β.
(2) O tratamento térmico deve evitar a formação da fase ω, pois torna as ligas de titânio quebradiças. A escolha correta do processo de envelhecimento pode fazer com que a fase ω se decomponha, como usar uma temperatura de envelhecimento mais elevada.
(3) É difícil refinar grãos de liga de titânio usando repetidas transformações de fase, ao contrário dos materiais de aço. A transformação repetida de fases de austenita e perlita (ou ferrita, cementita) pode controlar a nucleação e o crescimento de novas fases para alcançar o refinamento de grão na maioria dos aços. Este fenômeno não existe em ligas de titânio.
(4) A baixa condutividade térmica pode levar à baixa temperabilidade das ligas de titânio, especialmente das ligas de titânio α+β. O estresse térmico de têmpera é grande e as peças são propensas a empenar durante a têmpera. Devido à baixa condutividade térmica, a deformação da liga de titânio causa facilmente o aumento da temperatura local, o que pode fazer com que a temperatura local exceda o ponto de transformação β e forme a estrutura de Widmanstatten.
(5) Propriedades químicas vivas fazem com que as ligas de titânio reajam facilmente com oxigênio e vapor de água durante o tratamento térmico. Forma uma camada ou incrustação rica em oxigênio na superfície da peça, reduzindo o desempenho da liga. Ao mesmo tempo, as ligas de titânio tendem a absorver hidrogênio durante o tratamento térmico, causando fragilização por hidrogênio.
(6) O ponto de transição β varia significativamente, mesmo sendo da mesma composição, devido aos diferentes fornos de fundição.
(7) Ao aquecer na região da fase β, os grãos β tendem a crescer. O engrossamento dos grãos β pode fazer com que a plasticidade da liga caia drasticamente, portanto a temperatura e o tempo de aquecimento devem ser rigorosamente controlados. O tratamento térmico para aquecimento na região da fase β deve ser utilizado com cautela.
Tipo de tratamento térmico de liga de titânio
A transformação de fase da liga de titânio é a base do tratamento térmico da liga de titânio. Para melhorar o desempenho das ligas de titânio, é necessário utilizar tratamento térmico adequado, além de ligas razoáveis.
Existem muitos tipos de tratamentos térmicos para ligas de titânio, incluindo tratamento de recozimento, tratamento de envelhecimento, tratamento térmico de deformação e tratamento térmico químico, entre outros.
Tratamento de recozimento
O recozimento é adequado para várias ligas de titânio e seu principal objetivo é eliminar tensões, melhorar a plasticidade da liga e estabilizar a estrutura.
As formas de recozimento incluem recozimento de alívio de tensão, recozimento de recristalização, recozimento duplo, recozimento isotérmico, recozimento a vácuo, entre outras.
A Figura 1 mostra a faixa de temperatura de recozimento da liga de titânio usando vários métodos.
Figura 7 O efeito do método de resfriamento na microestrutura da liga TC21
(a)910°C/1h, WQ; (b)910°C/1h, OQ; (c)910℃/1h, CA
Efeito da temperatura de envelhecimento na estrutura da liga TC21
A Figura 8 mostra uma fotografia da microestrutura da liga TC21 envelhecida a 500°C e 600°C.
É evidente na Figura 8 que a estrutura da liga após o envelhecimento é composta pela fase αp e pela fase βT.
À medida que o envelhecimento avança, a fase α secundária cresce e se funde.
A fase α secundária aumenta gradualmente com o aumento da temperatura de envelhecimento.
Conforme representado na Figura 8 (a), (b) e (c), no envelhecimento a 500 °C, devido à baixa temperatura de envelhecimento, o β subestável obtido a partir do tratamento com solução sólida carece da força motriz para a decomposição durante o processo de envelhecimento e, portanto, menos fases secundárias são formadas.
Figura 8 Efeito da temperatura de envelhecimento na estrutura da liga TC21
- (a) 910℃/1h,WQ+500℃/6h,AC;
- (b) 910℃/1h,OQ+500℃/6h,CA
- (c) 910 ℃/1h, CA + 500 ℃/6h, CA ；
- (d) 910℃/1h,WQ+600℃/6h,CA
- (e) 910℃/1h,OQ+600℃/6h,AC;
- (f) 910°C/1h,CA+600°C/6h,CA
Efeito do tempo de envelhecimento na estrutura da liga TC21
A Figura 9 mostra fotos da microestrutura da liga TC12 envelhecida a 550°C por diferentes tempos.
Pode-se observar na Figura 9 que com o aumento da duração do envelhecimento, a fração volumétrica da fase βT aumenta, enquanto o tamanho da fase αp não muda significativamente, mas ocorrem fenômenos de aglomeração e crescimento.
As fases α secundárias maiores, semelhantes a faixas, também parecem se fundir e crescer.
Figura 9 O efeito do tempo de envelhecimento na estrutura da liga TC21
- (a) 910℃/1h,WQ+500℃/2h,AC;
- (b) 910℃/1h,WQ+550℃/12h,CA
- (c) 910 ℃/1h, CA + 500 ℃/2h, CA ；
- (d) 910℃/1h,OQ+550℃/12h,CA
- (e) 910℃/1h,OQ+600℃/2h,CA;
- (f) 910℃/1h,CA+550℃/12h,CA
Efeito do tratamento térmico na microestrutura de uma liga de titânio típica
Ao controlar as condições do processo de tratamento térmico da liga TC12 e da liga Ti60, são obtidos dois tipos principais de microestrutura lamelar e microestrutura bimodal, conforme mostrado na Figura 10.
Figura 10 O efeito do tratamento térmico na microestrutura de uma liga típica de titânio
- (a) TC21 970℃/1h,FC;
- (b)TC21 910°C/1h,CA+550°C/6h,CA
- (c) TC21 910℃/1h,FC+550℃/6h,AC;
- (d)Ti600 1020℃/2h,CA+650℃/8h,CA
- (e)Ti600 1005℃/2h,CA+650℃/8h,CA;
- (f)Ti600 CA+600℃/100h,CA
A Figura 10 mostra que a liga Ti600 pode obter estruturas LM e BM selecionando a temperatura da solução sólida acima e abaixo de Tb (1010°C), respectivamente.
A espessura da lamela no tecido LM é de 2-3 μm, e a fração volumétrica da fase αp no tecido BM é de cerca de 20%, com um diâmetro médio de cerca de 15 μm.
A Figura 10 (f) mostra a microestrutura da liga Ti600 com estrutura BM após 100h de exposição térmica (TE) a 600°C.
As diferenças entre os tecidos BM e BM+TE não podem ser distinguidas dos tecidos microscópicos mostrados apenas na Figura 10 (e) e (f).
A fase αp rica em Al em ligas de titânio de alta temperatura é propensa a precipitar a fase α2 (Ti3Al) durante o envelhecimento prolongado ou exposição térmica.
Por microscopia eletrônica de transmissão, a fase α2 foi encontrada na fase αp da liga Ti600 do tecido BM após exposição térmica, conforme mostrado na Figura 11.
Figura 11 Morfologia TEM e padrão de difração de elétrons de área selecionada da fase α2 na liga Ti600 após exposição térmica
(a) topografia TEM; (b) padrão de difração de elétrons da área selecionada
