Objetivo do tratamento térmico de titânio e ligas de titânio

• Reduzir o estresse residual do tratamento térmico de titânio gerado durante o processo de fabricação (aliviar o estresse)
• Produz a melhor combinação de ductilidade, trabalhabilidade e estabilidade dimensional e estrutural (recozimento)
• Aumentar a força (solução de tratamento e envelhecimento)
• Otimize propriedades especiais, como tenacidade à fratura, resistência à fadiga e resistência à fluência em alta temperatura

A fim de obter propriedades mecânicas selecionadas, vários tipos de tratamentos de recozimento (por exemplo, recozimento simples, recozimento duplo e recozimento de recristalização), bem como tratamento de solução e tratamento de envelhecimento devem ser realizados.

O alívio de tensões e o recozimento podem ser usados para prevenir o ataque químico preferencial em certos ambientes corrosivos, prevenir a deformação (tratamento de estabilização) e ajustar o metal para as operações subsequentes de conformação e fabricação.

Resposta ao tratamento térmico e tipos de liga

A resposta do titânio e das ligas de titânio ao tratamento térmico depende da composição do metal e da influência dos elementos de liga na transformação do cristal α-β do titânio.

Lembre-se de que nem todos os ciclos de tratamento térmico são aplicáveis a todas as ligas de titânio, porque os objetivos do projeto de várias ligas são diferentes.

• As ligas Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr e Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo são projetadas para resistência em seções pesadas.
• Ligas Ti- 6Al-2Sn-4Zr-2Mo e Ti-6Al-5Zr-0,5Mo-0,2Si para resistência à fluência.
• Ligas Ti-6Al-2Nb-1 Ta-1Mo e Ti-6Al-4V, para resistência à corrosão sob tensão em soluções aquosas de sal e para alta tenacidade à fratura.
• Ligas Ti-5Al-2.5Sn e Ti-2.5Cu para soldabilidade; e
• Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-4V e Ti-10V-2Fe-3Al para alta resistência em temperaturas baixas a moderadas.

A influência dos elementos de liga na transformação α-β.

O titânio sem liga é alótropo. Sua estrutura hexagonal compactada (fase α) torna-se uma estrutura cúbica centrada no corpo (fase β) a 885 ° C (1625 ° F), e a estrutura permanece inalterada em temperaturas até o ponto de fusão.

Quanto à sua influência na transformação alotrópica, os elementos de liga do titânio são classificados como estabilizadores alfa ou estabilizadores beta. Estabilizadores alfa (como oxigênio e alumínio) aumentam a temperatura de transição de α para β. Nitrogênio e carbono também são estabilizadores, mas esses elementos geralmente não são adicionados deliberadamente em formulações de ligas. Estabilizadores beta (como manganês, cromo, ferro, molibdênio, vanádio e nióbio) podem reduzir a temperatura de transição α para β e, dependendo da quantidade adicionada, podem fazer com que algumas fases β permaneçam em temperatura ambiente.

Tipo de liga. De acordo com o tipo e a quantidade de elementos de liga contidos na liga de titânio, a liga de titânio é classificada como α, próxima a α, α-β ou liga β. A resposta desses tipos de ligas ao tratamento térmico é brevemente descrita a seguir.

As ligas de titânio alfa e quase alfa podem aliviar o estresse e serem recozidas, mas qualquer tipo de tratamento térmico (como o tratamento beta em solução e o tratamento de envelhecimento após têmpera) não pode produzir alta resistência nessas ligas.

As ligas beta comercialmente disponíveis são, na verdade, ligas beta metaestáveis. Quando essas ligas são expostas a altas temperaturas selecionadas, a fase β restante se decompõe e se fortalece. Para ligas β, o alívio de tensão e o tratamento de envelhecimento podem ser usados em combinação, e o recozimento e o tratamento em solução podem ser a mesma operação.

A liga α-β é uma liga de duas fases, como o nome sugere, contém as fases α e β à temperatura ambiente. Eles são os mais comuns e mais versáteis dos três tipos de ligas de titânio.

Os níveis de oxigênio e ferro têm efeitos significativos nas propriedades mecânicas após o tratamento térmico. Deve-se perceber que:

• O oxigênio e o ferro devem estar próximos dos máximos especificados para atender aos níveis de força em certos graus comercialmente puros
• O oxigênio deve estar próximo de um máximo especificado para atender aos níveis de força em solução tratada e envelhecida Ti-6Al-4 V
• Os níveis de oxigênio devem ser mantidos o mais baixo possível para otimizar a resistência à fratura. No entanto, o nível de oxigênio deve ser alto o suficiente para atender aos requisitos de resistência à tração
• O teor de ferro deve ser mantido o mais baixo possível para otimizar as propriedades de fluência e ruptura por tensão. A maioria das ligas resistentes à fluência requerem níveis de ferro iguais ou abaixo de 0,05wt%.

Tratamentos para alívio do estresse

Titânio e ligas de titânio podem aliviar o estresse.

O tratamento de alívio de estresse reduz o estresse residual indesejável:
Primeiro, a deformação causada por forjamento a quente irregular ou conformação a frio e endireitamento,
Segundo, processamento assimétrico de placas de aço ou peças forjadas e, terceiro, soldagem e resfriamento de peças fundidas.

O alívio dessa tensão ajuda a manter a estabilidade da forma e elimina desvantagens, como a perda de resistência à compressão comumente conhecida como efeito Bauschinger.

O recozimento de titânio e ligas de titânio

O recozimento é usado principalmente para aumentar a tenacidade à fratura, a ductilidade à temperatura ambiente, a estabilidade dimensional e térmica e a resistência à fluência.

Muitas ligas de titânio são colocadas em uso no estado recozido. Como uma ou mais melhorias de desempenho são geralmente obtidas às custas de algum outro desempenho, o ciclo de recozimento deve ser selecionado de acordo com a finalidade do tratamento.

Os métodos de tratamento de recozimento comuns são:

• Recozimento de moinho
• Recozimento duplex
• Recozimento de recristalização
• Recozimento beta

Solução para tratamento e envelhecimento

Por meio de solução e tratamento de envelhecimento, vários níveis de resistência podem ser obtidos em ligas α-β ou β. Além da liga Ti-2.5Cu única, a resposta ao tratamento térmico da liga de titânio se origina da instabilidade da fase β de alta temperatura em baixa temperatura.

O aquecimento da liga α-β até a temperatura de tratamento da solução produzirá uma razão de fase β mais alta. A distribuição de fases é mantida por têmpera; no processo de envelhecimento subsequente, a fase β instável se decomporá para fornecer alta resistência. As ligas beta comercialmente disponíveis são normalmente fornecidas em condições de tratamento em solução e requerem apenas um tratamento de envelhecimento.

Após a limpeza, os componentes de titânio devem ser instalados em um acessório ou rack para permitir acesso livre ao meio de aquecimento e têmpera. Os componentes grossos e finos da mesma liga podem ser tratados em solução juntos, mas o tempo na temperatura depende da parte mais espessa.

A Tabela 1 mostra as combinações de tempo / temperatura usadas para o tratamento da solução.

Solução recomendada e tratamentos de envelhecimento para liga de titânio

A carga pode ser carregada diretamente em um forno operando na temperatura de processamento da solução. Embora o pré-aquecimento não seja necessário, ele pode ser usado para minimizar a deformação de peças complexas.

As ligas beta são geralmente obtidas de fabricantes em condições de solução sólida. Se o reaquecimento for necessário, o tempo de imersão deve ser apenas o tempo necessário para obter a dissolução completa. A temperatura de tratamento da solução da liga β é superior à temperatura de transformação β; como não há um segundo estágio, o crescimento do grão pode ocorrer rapidamente.

liga α-β. A escolha da temperatura de tratamento da solução da liga α-β é baseada na combinação das propriedades mecânicas exigidas após o envelhecimento. A mudança da temperatura de tratamento da solução da liga α-β irá alterar o conteúdo da fase β, alterando assim a resposta ao envelhecimento.

Para obter alta resistência com ductilidade suficiente, o tratamento da solução deve ser realizado em uma temperatura mais alta no campo α-β, geralmente 25-85 ° C (50-150 ° F) abaixo da linha transitória β da liga. Se for necessária maior tenacidade à fratura ou resistência à corrosão sob tensão, o recozimento beta ou o tratamento com solução beta podem ser necessários. No entanto, o tratamento térmico de ligas α-β na faixa β resultará em uma diminuição significativa da ductilidade. Essas ligas são geralmente tratadas termicamente em solução a uma temperatura abaixo da temperatura de transformação β para obter o melhor equilíbrio de ductilidade, tenacidade à fratura, fluência e propriedades de fratura por estresse.

Postado por fornecedor de acessórios para tubos de aço inoxidável KAYSUNS