שיפור המיקרו-מבנה והמאפיינים של סגסוגת טיטניום TC4 באמצעות חישול
טיטניום וסגסוגותיו נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות תעופה וחלל, רכב, כימיקלים וימיים בשל יתרונותיהם כגון צפיפות נמוכה, חוזק סגולי גבוה ועמידות מצוינת בפני קורוזיה.TC4סגסוגת טיטניום מכילה 6% מסגסוגת ה--השלב המייצב Al ו-4% מהאלמנט המייצב הפאזי V, השייך למערכת Ti-Al-V הטיפוסית + דו-פאזית חום-מחוזקת. יש לו תכונות מכניות טובות ויכולת עיבוד, וניתן לעבד אותו למוצרים{10}}גמורים למחצה כגון סורגים, פרופילים, יריעות ופריטים, המועדפים יותר ויותר על ידי אנשים.
נכון לעכשיו, המחקר המקומי מתמקד בעיקר בתכונות-הטמפרטורות הגבוהות, תכונות הזחילה והיציבות התרמית של סגסוגת טיטניום TC4, אך עדיין יש מעט מחקר יחסית על ייעול הביצועים המעשיים שלה באמצעות תהליכי טיפול בחום סבירים. מאמר זה בוחן את ההשפעה של תהליכי טיפול בחום על מבנה המיקרו והתכונות המכניות של החומר על ידי הכפפת יריעות סגסוגת טיטניום TC4 לתהליכי טיפול בחום שונים, שיש להם משמעות תיאורטית ומעשית חשובה.
ראשית, ספוג טיטניום, אלומיניום בטוהר- גבוה (99.99%) וסגסוגת אלומיניום-ונדיום הומסו בכבשן נחושת מקורר -עם מים ואקום שאינו-מתכלה תחת ערבוב אלקטרומגנטי והגנת ארגון. הרכב הסגסוגת לאחר ההמסה (לפי חלק מסה,%) היה: 6.29Al, 4.14V, 0.029Fe, 0.023C, 0.19O, כאשר היתרה היא Ti. כדי להבטיח את אחידות ההרכב הכימי של הדגימות, סורגים מסגסוגת טיטניום TC4 הוכנו על ידי התכה משולשת וגלגול ליריעות טיטניום בעובי של 3 מ"מ, ולאחר מכן חישול{14}}הקלה במתח ב-650 מעלות למשך 4 שעות. לאחר מכן, היריעות המחושלות עובדו לדגימות תצפית מיקרו-מבנה ודגימות בדיקת מתיחה, ועברו לשלושה תהליכי טיפול בחום שונים:
1. טיפול חישול: 790 מעלות × 3 שעות, קירור תנור.
2. מרווה פתרון: 980 מעלות × 1 שעה, קירור מים.
3. התיישנות התמיסה: 980 מעלות × שעה, קירור מים + 580 מעלות ×8 שעות, קירור תנור.
הדגימות לאחר טיפול בחום עברו כולן לניתוח מיקרו-מבנה ובדיקת מאפייני מתיחה.
השפעת טיפול בחום על מבנה המיקרו והמאפיינים של סגסוגת טיטניום TC4
1. טיפול חישול
לאחר חישול, מתרחשת התגבשות מחדש בשני שלבי החומר. מתרחשת התגבשות מחדש של השלב -, כאשר גרגרים קטנים מצולעים משקעים במטריצה המעוותת; שלב -מגבש מחדש מייצר שלב -שניוני. המיקרו-מבנה הסופי מציג שלב - המופץ באופן אחיד על המטריצה של הטרנספורמציה של -שלב, עם מבנה מיקרו אחיד כולל. חישול מבטל מתח פנימי, משפר את הפלסטיות ואת היציבות המיקרו-מבנית, אך מוביל לירידה בחוזק ובקשיות.
2. מרווה פתרון
לאחר כיבוי הפתרון, יחס הגובה-רוחב של -הלמלות יורד באופן משמעותי, -למלות ישרות מתעוותות, והממשק הרציף של -השלב נהרס, ויוצר שלב למלרי או סל-שזירה -. בשל ההתקררות המהירה מאזור הטמפרטורה הגבוהה-, לשלב - אין מספיק זמן להפוך לחלוטין לשלב -, וכתוצאה מכך נוצר שלב - מט-יציב. בטמפרטורת החדר, המבנה המיקרו מורכב בעיקר משלב -מרטנסיטי ו-{11}}יציב, המציג חוזק וקשיות מוגברים, אך ירידה משמעותית בגמישות.
3. הזדקנות תמיסה
לאחר הזדקנות התמיסה, חלק מהשלב המרטנסיטי וה-השלב המט-יציב מתפרקים, והופכים לשלב - ו-- מפוזר יציב. בהשוואה לחישול, החוזק והקשיות משתפרים עוד יותר לאחר ההזדקנות, אך הגמישות פוחתת מעט. באמצעות ניתוח מקיף, תהליך ההזדקנות של הפתרון משפר את התכונות המקיפות של סגסוגת הטיטניום.
מַסְקָנָה
מחקר על יריעות סגסוגת טיטניום TC4 באמצעות תהליכי טיפול בחום שונים מראה כי:
● טיפול חישול יכול לשפר את הפלסטיות ואת היציבות המיקרו-מבנית, אך מפחית חוזק וקשיות.
● כיבוי פתרונות משפר באופן משמעותי את החוזק והקשיות, אך מפחית את המשיכות באופן ניכר.
● התיישנות הפתרון, במידה מסוימת, מאזנת את הדרישות לחוזק, קשיות ומשיכות, ומשפרת משמעותית את התכונות המקיפות של החומר.
בחירה סבירה של תהליכי טיפול בחום היא בעלת משמעות רבה לאופטימיזציה של המאפיינים המכניים של סגסוגת טיטניום TC4, מתן תמיכה טכנית ליישומה בתחומי-ביצועים גבוהים כגון תעופה וחלל.
