1. Trạng thái cán (Như-Titan cán)
Đặc điểm cấu trúc vi mô: Cấu trúc vi mô được đặc trưng bởi các hạt dẹt, thon dài (dọc theo hướng lăn) với mật độ sai lệch cao và ứng suất dư bên trong hiện diện khắp vật liệu. Đối với hợp kim + titan (ví dụ: Lớp 5 Ti-6Al-4V), các hạt pha được sắp xếp theo hướng cán, tạo thành kết cấu dạng sợi rõ rệt.
Tính chất cơ học:
Sức mạnh: Tăng đáng kể do độ cứng khi gia công-độ bền kéo và độ bền chảy cao hơn 15–30% so với trạng thái được ủ (ví dụ: titan-cán nguội Cấp 2 có độ bền kéo ~550 MPa, so với ~345 MPa đối với Cấp 2 được ủ).
Độ dẻo dai và độ dẻo: Giảm đáng kể; độ giãn dài và giảm diện tích giảm 40–60% so với trạng thái ủ và độ bền va đập giảm mạnh. Vật liệu trở nên dễ bị nứt khi chịu tải trọng uốn hoặc va đập do ứng suất dư và rối loạn chuyển vị.
Khả năng định dạng: Kém, vì quá trình đông cứng làm tăng ứng suất chảy của vật liệu, khiến cho việc biến dạng dẻo trở nên khó khăn hơn nếu không qua ủ trung gian.
Kịch bản ứng dụng: Thích hợp cho các bộ phận yêu cầu độ bền cao nhưng quá trình xử lý hậu kỳ ở mức tối thiểu (ví dụ: giá đỡ cấu trúc đơn giản, ốc vít không{3}}quan trọng), nhưng không thích hợp cho các bộ phận chịu tải trọng động hoặc phức tạp.
2. Trạng thái ủ (Titan ủ)
Đặc điểm cấu trúc vi mô: Các hạt bị biến dạng, thon dài kết tinh lại thành các cấu trúc hạt mịn- đều; sự trật khớp bị triệt tiêu và các ứng suất dư được loại bỏ hoàn toàn. Đối với hợp kim +, cấu trúc vi mô bao gồm các hạt pha -bằng nhau được phân bố đồng đều và một lượng nhỏ pha -, không có kết cấu định hướng.
Tính chất cơ học:
Sức mạnh: Vừa phải và cân bằng-thấp hơn trạng thái cuộn nhưng cao hơn trạng thái đúc. Độ bền ổn định trên mặt cắt ngang{2}}của vật liệu và dọc theo mọi hướng (không có tính dị hướng).
Độ dẻo dai và độ dẻo: Tối ưu giữa ba trạng thái; độ giãn dài có thể đạt 20–30% đối với titan nguyên chất thương mại và độ bền đứt gãy (KIC) cao hơn 20–40% so với trạng thái cán. Vật liệu này có khả năng chống va đập và mỏi tốt dưới tải trọng theo chu kỳ.
Khả năng định hình và gia công: Xuất sắc; cấu trúc vi mô mềm, kết tinh lại cho phép kéo sâu, uốn và các quá trình tạo hình khác, đồng thời cải thiện khả năng gia công do độ cứng giảm.
Kịch bản ứng dụng: Trạng thái được sử dụng rộng rãi nhất cho các bộ phận có mục đích chung, chẳng hạn như tấm thân máy bay hàng không vũ trụ, hệ thống đường ống hàng hải, vỏ thiết bị y tế và bộ trao đổi nhiệt công nghiệp hóa chất, nơi cần có độ bền, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn cân bằng.
3. Giải pháp-Trạng thái ủ & lão hóa (Giải pháp-Đã xử lý và lão hóa, STA Titanium)
Ủ dung dịch: Gia nhiệt phía trên / transus (đối với các hợp kim +, ~920–950 độ ) để tạo thành cấu trúc vi pha -đồng nhất, sau đó làm nguội để giữ lại cấu trúc siêu bão hòa + (hoặc martensitic ') siêu ổn định ở nhiệt độ phòng.
Lão hóa: Hâm nóng đến nhiệt độ thấp hơn (450–550 độ ) để kết tủa các hạt pha -thứ cấp mịn, phân tán trong ma trận.
Đặc điểm cấu trúc vi mô: Cấu trúc vi mô bao gồm một ma trận pha -với các kết tủa thứ cấp mịn phân bố dày đặc, đóng vai trò như các rào cản chuyển vị. Đối với Ti-6Al-4V, các kết tủa có dạng hình kim hoặc hình thanh, với kích thước dao động từ 0,1–1 μm.
Tính chất cơ học:
Sức mạnh: Cao nhất trong số ba trạng thái-cường độ năng suất có thể vượt quá 1000 MPa đối với STA Cấp 5 (so với ~860 MPa đối với Cấp 5 được ủ), tăng 15–25% do lượng mưa tăng cường.
Độ dẻo dai và độ dẻo: Trung bình, thấp hơn trạng thái ủ nhưng cao hơn trạng thái cán; độ giãn dài thường là 8–12% đối với STA Lớp 5 và độ bền khi gãy giảm nhẹ do cấu trúc kết tủa mịn, nhưng độ bền mỏi được tăng cường (20–30%) so với trạng thái ủ.
Hiệu suất nhiệt độ-cao: Cải thiện khả năng chống rão vì các chất kết tủa ức chế chuyển động trật khớp ở nhiệt độ cao (lên đến 350 độ đối với Cấp 5), khiến nó phù hợp với các ứng dụng kết cấu ở nhiệt độ-cao.
Kịch bản ứng dụng: Được sử dụng cho các bộ phận có-hiệu suất cao, tải trọng- cao, chẳng hạn như cánh máy nén động cơ hàng không vũ trụ, thiết bị hạ cánh máy bay, ốc vít có độ bền- cao và các bộ phận của dụng cụ khoan ngoài khơi, nơi có độ bền và khả năng chống mỏi tối đae quan trọng.
