Di bidang luar angkasa, perangkat medis,{0}}manufaktur peralatan kelas atas, dan bidang lainnya, paduan titanium telah menjadi material utama yang sangat diperlukan karena kekuatannya yang luar biasa, ketahanan terhadap korosi, dan sifat ringannya. Kinerja paduan titanium yang sangat baik tidak terlepas dari pengaturan proses perlakuan panas yang tepat dan transformasi struktural kompleks yang terjadi selama proses tersebut. Hari ini, kita akan mempelajari pengetahuan inti tentang perlakuan panas paduan titanium dan transformasi jaringan, serta mengungkap kode teknis di balik "logam luar angkasa" ini.
Hukum transformasi mekanis dalam perlakuan panas paduan titanium
Inti dari perlakuan panas adalah memandu transformasi teratur struktur internal paduan titanium melalui pengaturan suhu dan kecepatan pendinginan. Dari pemanasan, pendinginan, hingga penuaan, struktur paduan titanium mengalami serangkaian perubahan kompleks yang secara langsung menentukan sifat akhir material.
1. Proses Pemanasan: "Trio" Pemulihan, Rekristalisasi, dan Transisi Fase
Saat dipanaskan, paduan titanium biasanya mengalami transformasi bentuk kristal (transisi antara fasa dan fasa) pada saat yang bersamaan, dan jika paduan titanium tersebut merupakan paduan titanium dingin-deformasi, maka paduan tersebut juga akan mengalami proses pemulihan dan rekristalisasi, yang bersama-sama membentuk struktur mikro setelah pemanasan.
(1) Restorasi dan rekristalisasi: memperbaiki struktur yang cacat dan mengoptimalkan struktur butiran
Setelah pengerjaan dingin, paduan titanium memiliki banyak cacat yang disebabkan oleh deformasi (seperti dislokasi dan kekosongan), dan setelah pemanasan hingga suhu tertentu, "pemulihan" pertama kali akan terjadi: pada 450 ~ 640 derajat (suhu pemulihan lebih rendah dari suhu rekristalisasi), sebagian dari tekanan internal dihilangkan melalui pergerakan lambat dari kekosongan dan dislokasi, tetapi bentuk butiran material pada dasarnya tetap tidak berubah.
Ketika suhu terus meningkat, "rekristalisasi" mulai terjadi: butiran isoaksial bebas-distorsi-baru yang tidak terdistorsi secara bertahap muncul dalam struktur yang terdeformasi, dan butiran baru ini secara bertahap akan menggantikan butiran yang terdeformasi, yang pada akhirnya mengurangi kekerasan material dan memulihkan plastisitasnya. Karakteristik rekristalisasi berbagai jenis paduan titanium jelas berbeda:
• paduan titanium: kemampuan deformasi dingin yang terbatas, sulit untuk memurnikan butiran melalui deformasi dan rekristalisasi;
• paduan titanium: kemampuan deformasi dingin yang kuat, yang dapat mencapai tingkat kehalusan butiran tertentu melalui deformasi dan rekristalisasi;
• paduan titanium dupleks: Dengan bantuan deformasi dan rekristalisasi, tidak hanya dapat menyempurnakan struktur, tetapi juga lebih meningkatkan plastisitas.
(2) transisi fase ke fase: "saklar suhu" bentuk kristal
Ketika suhu pemanasan melebihi → titik transisi fase, paduan titanium memulai transisi kristal dari fase ke fase. Mengambil titanium murni sebagai contoh, suhu transisi fasanya sekitar 875±5 derajat. Perlu dicatat bahwa hubungan posisi Burgers tetap tidak berubah selama transisi fase ↔, yang memberikan dasar penting untuk struktur paduan titanium yang dapat disetel.
2. Proses Pendinginan: Kecepatan menentukan jaringan, dan jaringan menentukan kinerja
Kecepatan pendinginan adalah faktor kunci yang mempengaruhi struktur akhir paduan titanium, dan pada kecepatan pendinginan yang berbeda, paduan titanium akan membentuk morfologi struktur mikro yang sangat berbeda, yang pada gilirannya menunjukkan sifat yang sangat berbeda.
(1) Pendinginan lambat: transisi teratur, membentuk fase stabil
Ketika paduan titanium perlahan-lahan mendingin dari wilayah-fasa tunggal ke wilayah-dua fase, fase tersebut berangsur-angsur berubah menjadi fase, dan keduanya secara ketat mengikuti hubungan orientasi Burgers: (110) //(0001) ; [111] //[11₂0] . Struktur yang dibentuk oleh transisi teratur ini sangat stabil, sehingga cocok untuk skenario dengan persyaratan stabilitas material yang tinggi.
(2) Pendinginan cepat: menginduksi fase metastabil untuk membuka jalan bagi penguatan
Pendinginan cepat (seperti pendinginan air) dapat mengganggu proses transisi kesetimbangan struktur paduan titanium, yang dapat menyebabkan transisi fase martensit, pembentukan fase ω padam, pembentukan fase lewat jenuh, dan retensi fase suhu tinggi-sisa. Produk transformasi akhir (seperti ′, ", ω, fase superdingin, fase metastabil, fase lewat jenuh) terutama bergantung pada kandungan elemen stabil dalam paduan titanium, yang merupakan "bahan mentah inti" untuk penguatan penuaan selanjutnya.
3. Transformasi penuaan: "transformasi" fase metastabil untuk mencapai lompatan kinerja
Fase metastabil yang dihasilkan oleh pendinginan cepat tidak stabil, dan secara bertahap akan berubah ke fase kesetimbangan selama proses penuaan, disertai dengan dekomposisi fase metastabil, dekomposisi fase lewat jenuh dan reaksi lainnya. Proses ini adalah alasan mendasar mengapa paduan titanium dapat mencapai peningkatan kekuatan dan kekerasan melalui perlakuan panas, dan juga merupakan penghubung utama dalam transformasi paduan titanium dari "bentuk dasar" ke "bentuk-kinerja tinggi".
4. Analisis dan transformasi bersama: "pembunuh plastik" yang perlu diwaspadai
Transisi eutektik paduan titanium umumnya ditemukan pada paduan yang terdiri dari elemen stabil titanium dan paduan eutektik cepat, yang biasanya menyebabkan penurunan plastisitas material, yang berdampak buruk pada pemrosesan dan kinerja servis material. Namun, dengan perlakuan isotermal pada jaringan setelah transformasi eutektik, jaringan tersebut dapat diubah menjadi jaringan non-lamelar seukuran Bain, yang mengurangi masalah penurunan plastisitas hingga batas tertentu.
5. Stres-Transisi Fase yang Diinduksi: Membuka "Perubahan Fase-Plastisitas yang Diinduksi"
Fase metastabil akan berubah menjadi martensit (misalnya, martensit heksagonal ′, martensit ortorombik ") di bawah regangan atau tekanan, suatu proses yang dikenal sebagai transisi fase terinduksi tegangan. Transisi ini dapat menghasilkan "transisi fase-efek plastik yang diinduksi", yang secara signifikan meningkatkan laju pemanjangan dan pengerasan regangan paduan titanium, dan memberikan jaminan kinerja untuk penerapan paduan titanium dalam skenario di bawah tekanan kompleks (seperti bagian struktural ruang angkasa).
