Aleación de titanio β

Aleación de titanio β

Descripción general

La aleación de titanio β se basa en elementos estabilizadores β (como Mo, V, Nb, Cr, Fe, etc.) como elementos de aleación principales. Tiene una alta estabilidad de fase β y puede mantener una estructura de fase β única en determinadas condiciones. Tiene una alta resistencia incluso sin tratamiento térmico. La aleación se fortalece aún más después del temple y el envejecimiento, y la resistencia a temperatura ambiente puede alcanzar 1372~1666MPa; pero su estabilidad térmica es deficiente y no es adecuada para su uso a altas temperaturas.

• Fase α : La fase α del titanio es una red compacta hexagonal (estructura HCP), que se caracteriza por su alta resistencia, dureza, buen rendimiento a altas temperaturas y resistencia a la corrosión. La aleación de titanio α generalmente se compone principalmente de titanio puro o fase α de aleación de titanio, y su estructura reticular le permite exhibir un excelente rendimiento en condiciones de alta temperatura y ambientes hostiles.

• Fase β : La fase β del titanio es una red cúbica centrada en el cuerpo (estructura BCC), que tiene mejor plasticidad, pero su resistencia a altas temperaturas es ligeramente inferior a la de la fase α.

¿Qué es un elemento β-estabilizador?

Los elementos que se disuelven preferentemente en la fase β, disminuyen la temperatura de transformación alotrópica y expanden la región de la fase β son elementos β-estabilizadores. Según las características de su interacción con el titanio, se dividen en dos tipos: β isomorfos y B eutectoides.

(1) Los elementos estabilizadores β-isomorfos se disuelven infinitamente en β-titanio y, a medida que aumentan los elementos solutos, la temperatura de transformación alotrópica disminuye gradualmente, incluidos el molibdeno, el vanadio, el tantalio y el niobio.

(2) Además de reducir la temperatura de transformación de heteromorfos similares, los elementos estabilizadores eutectoides también tienen un efecto de transformación eutectoide. La fase β se descompone eutéctica para formar la fase α y compuestos intermetálicos. Según la diferencia en la velocidad de reacción eutectoide, se puede dividir en dos tipos: elementos eutectoides lentos (hierro, cromo y manganeso); elementos eutectoides activos (cobre y silicio). La transformación eutectoide es extremadamente rápida y no se puede suprimir mediante extinción, por lo que la fase β no se puede estabilizar a temperatura ambiente.

En comparación con las aleaciones de titanio α y α+β, la aleación de titanio β tiene las siguientes características significativas:

• Alta resistencia y alta tenacidad : la aleación de titanio β puede obtener una alta resistencia (más de 1400 MPa) a través del tratamiento térmico manteniendo una buena plasticidad y tenacidad.

• Excelente rendimiento de procesamiento en caliente : la aleación de titanio β tiene buena plasticidad a alta temperatura y se puede procesar mediante forjado en caliente, laminado en caliente, extrusión, trefilado, etc., y es adecuada para la preparación de componentes grandes y complejos.

• Buen rendimiento de soldadura : en comparación con las aleaciones α y α+β, la aleación de titanio β es menos sensible a la soldadura y es adecuada para soldadura láser, soldadura por haz de electrones, soldadura con gas inerte de tungsteno, etc.

• Alta templabilidad y capacidad de tratamiento térmico : puede endurecerse en solución y endurecerse por envejecimiento para obtener excelentes propiedades mecánicas.

• Módulo elástico más bajo : inferior al del acero y la aleación de titanio α+β, adecuado para su uso en materiales de implantes biológicos, componentes elásticos y otros campos.

Aleaciones de titanio β comunes y sus composiciones

Las aleaciones de titanio β suelen incorporar elementos estabilizadores β para mantener la estabilidad de la fase β. Las aleaciones más comunes son:

Microestructura y tratamiento térmico de la aleación de titanio β

La aleación de titanio β puede obtener diferentes estructuras y propiedades bajo diferentes condiciones de tratamiento térmico.

(1) Método de tratamiento térmico

• Tratamiento de Solución (ST) :

• Propósito: Mejorar la plasticidad y templabilidad.

• Temperatura: 750 ~ 900 ℃ (ligeramente diferente para diferentes aleaciones)

• Estructura: Estructura de fase β uniforme

• Envejecimiento :

• Propósito: Mejorar la resistencia a través del fortalecimiento por precipitación.

• Temperatura: 450 ~ 650 ℃

• Organización: La fase α secundaria precipita sobre la matriz β para mejorar la resistencia.

• Tratamiento térmico doble (DHT )

• Primer tratamiento de solución a alta temperatura, luego envejecimiento a baja temperatura para obtener el mejor rendimiento integral.

(2) Organizaciones típicas

La estructura de la aleación de titanio β varía en gran medida con la velocidad de enfriamiento y las condiciones del tratamiento térmico, principalmente de la siguiente manera:

• Estructura β completa : obtenida después del enfriamiento de la solución, con alta plasticidad, adecuada para el procesamiento de plástico.

• Estructura β+α″ : después de un enfriamiento rápido (como el enfriamiento con agua), parte de β se transforma en martensita α″, que tiene una alta dureza.

• Estructura β+α+ω : las fases α y ω precipitan después del tratamiento de envejecimiento, mejorando la resistencia.