Finalidad del tratamiento térmico de titanio y aleaciones de titanio.

• Reducir el estrés residual del tratamiento térmico del titanio generado durante el proceso de fabricación (aliviar el estrés)
• Produce la mejor combinación de ductilidad, trabajabilidad y estabilidad dimensional y estructural (recocido)
• Aumenta la fuerza (tratamiento en solución y envejecimiento)
• Optimice propiedades especiales como la tenacidad a la fractura, la resistencia a la fatiga y la resistencia a la fluencia a alta temperatura

Para obtener propiedades mecánicas seleccionadas, se deben realizar varios tipos de tratamientos de recocido (por ejemplo, recocido simple, recocido doble y recocido de recristalización) así como tratamiento en solución y tratamiento de envejecimiento.

El alivio de tensión y el recocido se pueden utilizar para prevenir el ataque químico preferencial en ciertos ambientes corrosivos, prevenir la deformación (tratamiento de estabilización) y ajustar el metal para las operaciones posteriores de conformado y fabricación.

Respuesta al tratamiento térmico y tipos de aleaciones

La respuesta del titanio y las aleaciones de titanio al tratamiento térmico depende de la composición del metal y de la influencia de los elementos de aleación en la transformación cristalina α-β del titanio.

Tenga en cuenta que no todos los ciclos de tratamiento térmico son aplicables a todas las aleaciones de titanio, porque los objetivos de diseño de varias aleaciones son diferentes.

• Las aleaciones Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr y Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo están diseñadas para brindar resistencia en secciones pesadas.
• Aleaciones Ti- 6Al-2Sn-4Zr-2Mo y Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.2Si para resistencia a la fluencia.
• Aleaciones Ti-6Al-2Nb-1 Ta-1Mo y Ti-6Al-4V, para resistencia a la corrosión bajo tensión en soluciones salinas acuosas y alta tenacidad a la fractura.
• Aleaciones Ti-5Al-2.5Sn y Ti-2.5Cu para soldabilidad; y
• Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-4V y Ti-10V-2Fe-3Al para alta resistencia a temperaturas bajas a moderadas.

Influencia de los elementos de aleación en la transformación α-β.

El titanio sin alear es alótropo. Su estructura hexagonal compacta (fase α) se convierte en una estructura cúbica centrada en el cuerpo (fase β) a 885 ° C (1625 ° F), y la estructura permanece sin cambios a temperaturas hasta el punto de fusión.

En cuanto a su influencia en la transformación alotrópica, los elementos de aleación en titanio se clasifican como estabilizadores alfa o estabilizadores beta. Los estabilizadores alfa (como el oxígeno y el aluminio) aumentan la temperatura de transición de α a β. El nitrógeno y el carbono también son estabilizadores, pero estos elementos generalmente no se agregan deliberadamente en las formulaciones de aleaciones. Los estabilizadores beta (como manganeso, cromo, hierro, molibdeno, vanadio y niobio) pueden reducir la temperatura de transición de α a β y, dependiendo de la cantidad agregada, pueden hacer que algunas fases β permanezcan a temperatura ambiente.

Tipo de aleación. Según el tipo y la cantidad de elementos de aleación contenidos en la aleación de titanio, la aleación de titanio se clasifica como aleación α, cercana a α, α-β o β. La respuesta de estos tipos de aleaciones al tratamiento térmico se describe brevemente a continuación.

Las aleaciones de titanio alfa y casi alfa pueden aliviar la tensión y recocerse, pero cualquier tipo de tratamiento térmico (como el tratamiento en solución beta y el tratamiento de envejecimiento después del temple) no puede producir una alta resistencia en estas aleaciones.

Las aleaciones beta disponibles comercialmente son en realidad aleaciones beta metaestables. Cuando estas aleaciones se exponen a altas temperaturas seleccionadas, la fase β restante se descompondrá y fortalecerá. Para las aleaciones β, el tratamiento de alivio de tensión y envejecimiento se puede usar en combinación, y el tratamiento de recocido y de solución puede ser la misma operación.

La aleación α-β es una aleación de dos fases que, como su nombre indica, contiene las fases α y β a temperatura ambiente. Son las más comunes y versátiles de los tres tipos de aleaciones de titanio.

Los niveles de oxígeno y hierro tienen efectos significativos sobre las propiedades mecánicas después del tratamiento térmico. Debe tenerse en cuenta que:

• El oxígeno y el hierro deben estar cerca de los máximos especificados para cumplir con los niveles de resistencia en ciertos grados comercialmente puros.
• El oxígeno debe estar cerca de un máximo especificado para alcanzar los niveles de resistencia en Ti-6Al-4 V tratado con solución y envejecido.
• Los niveles de oxígeno deben mantenerse lo más bajos posible para optimizar la tenacidad a la fractura. Sin embargo, el nivel de oxígeno debe ser lo suficientemente alto para cumplir con los requisitos de resistencia a la tracción.
• El contenido de hierro debe mantenerse lo más bajo posible para optimizar las propiedades de fluencia y ruptura por tensión. La mayoría de las aleaciones resistentes a la fluencia requieren niveles de hierro iguales o inferiores a 0,05 wt%.

Tratamientos para aliviar el estrés

El titanio y las aleaciones de titanio pueden aliviar el estrés.

El tratamiento para aliviar el estrés reduce el estrés residual indeseable:
Primero, la deformación causada por la forja en caliente desigual o la formación y enderezamiento en frío,
En segundo lugar, procesamiento asimétrico de placas de acero o forjados, y tercero, soldadura y enfriamiento de piezas fundidas.

Aliviar esta tensión ayuda a mantener la estabilidad de la forma y elimina las desventajas, como la pérdida del límite elástico a la compresión, comúnmente conocida como efecto Bauschinger.

El recocido de titanio y aleaciones de titanio.

El recocido se utiliza principalmente para aumentar la tenacidad a la fractura, la ductilidad a temperatura ambiente, la estabilidad dimensional y térmica y la resistencia a la fluencia.

Muchas aleaciones de titanio se utilizan en estado recocido. Debido a que normalmente se obtienen una o más mejoras de rendimiento a expensas de algún otro rendimiento, el ciclo de recocido debe seleccionarse de acuerdo con el propósito del tratamiento.

Los métodos habituales de tratamiento de recocido son:

• Recocido de molino
• Recocido dúplex
• Recocido de recristalización
• Recocido beta

Tratamiento de solución y envejecimiento

Mediante el tratamiento de disolución y envejecimiento, se pueden obtener varios niveles de resistencia en las aleaciones α-β o β. Además de la aleación única Ti-2.5Cu, la respuesta al tratamiento térmico de la aleación de titanio se origina en la inestabilidad de la fase β de alta temperatura a baja temperatura.

Calentar la aleación α-β a la temperatura de tratamiento de la solución producirá una relación de fase β más alta. La distribución de la fase se mantiene templando; en el proceso de envejecimiento subsiguiente, la fase β inestable se descompondrá para proporcionar una alta resistencia. Las aleaciones beta disponibles comercialmente se proporcionan generalmente en condiciones de tratamiento en solución y solo requieren un tratamiento de envejecimiento.

Después de la limpieza, los componentes de titanio deben instalarse en un accesorio o una rejilla para permitir el libre acceso a los medios de calentamiento y enfriamiento. Los componentes gruesos y delgados de la misma aleación se pueden tratar juntos en solución, pero el tiempo a temperatura depende de la parte más gruesa.

La Tabla 1 muestra las combinaciones de tiempo / temperatura utilizadas para el tratamiento de la solución.

Solución recomendada y tratamientos de envejecimiento para aleaciones de titanio.

La carga se puede cargar directamente en un horno que funciona a la temperatura de procesamiento de la solución. Aunque el precalentamiento no es necesario, se puede utilizar para minimizar la deformación de piezas complejas.

Las aleaciones beta generalmente se obtienen de los fabricantes en condiciones de solución sólida. Si se requiere recalentamiento, el tiempo de remojo debe ser solo el tiempo requerido para obtener una disolución completa. La temperatura de tratamiento de la solución de la aleación β es más alta que la temperatura de transformación β; debido a que no hay una segunda etapa, el crecimiento del grano puede avanzar rápidamente.

Aleación α-β. La elección de la temperatura de tratamiento de la solución de aleación α-β se basa en la combinación de propiedades mecánicas requeridas después del envejecimiento. El cambio de la temperatura de tratamiento de la solución de aleación α-β cambiará el contenido de fase β, cambiando así la respuesta al envejecimiento.

Para obtener una alta resistencia con suficiente ductilidad, el tratamiento de la solución debe realizarse a una temperatura más alta en el campo α-β, generalmente 25-85 ° C (50-150 ° F) por debajo de la línea β transitoria de la aleación. Si se requiere una mayor tenacidad a la fractura o una mejor resistencia a la corrosión por tensión, puede ser necesario un tratamiento de recocido beta o solución beta. Sin embargo, el tratamiento térmico de las aleaciones α-β en el rango β dará como resultado una disminución significativa de la ductilidad. Estas aleaciones generalmente se tratan térmicamente en solución a una temperatura por debajo de la temperatura de transformación β para obtener el mejor equilibrio de ductilidad, tenacidad a la fractura, fluencia y propiedades de fractura por tensión.

publicado por proveedor de accesorios de tubería de acero inoxidable KAYSUNS