ความแข็งของโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียม

ความแข็งจะกำหนดความต้านทานการเสียรูป ความต้านทานการสึกหรอ และอายุการใช้งานโดยตรง เป็นพื้นฐานสำคัญในการเลือกใช้วัสดุ การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ และการควบคุมคุณภาพ กลไกการก่อตัว วิธีการควบคุม และข้อกำหนดการทดสอบคุณลักษณะความแข็งของไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมมีตรรกะด้านวัสดุศาสตร์

 

I. ความแข็งของไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียม

ความแข็งของวัสดุคือความสามารถในการต้านทานการเสียรูปของพลาสติกเฉพาะที่ เช่น การเยื้องและการขีดข่วน โดยได้มาจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมและความต้านทานของโครงสร้างจุลภาคต่อการเสียรูป ความแข็งของไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมไม่ใช่ค่าคงที่ แต่เปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกตามองค์ประกอบ โครงสร้างผลึก เทคโนโลยีการประมวลผล และสถานะการบำบัดความร้อน

 

ไทเทเนียมบริสุทธิ์มีความแข็งค่อนข้างต่ำ โดยมีความแข็งบริเนลประมาณ 160HB ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งใกล้เคียงกับเหล็กบริสุทธิ์ มีความแข็งสูงของโลหะผสมไททาเนียมผ่านการออกแบบโลหะผสมและการควบคุมโครงสร้างจุลภาคเพื่อให้ได้คุณสมบัติความแข็งและน้ำหนักเบาที่ประสานกัน

 

ครั้งที่สอง กลไกการก่อตัวและปัจจัยที่มีอิทธิพล

(I) โครงสร้างอะตอมและคริสตัล

ความแข็งของไทเทเนียมเกิดจากโครงสร้างอะตอมอันเป็นเอกลักษณ์และการจัดเรียงคริสตัล ไทเทเนียมมีเลขอะตอม 22 และการกำหนดค่าอิเล็กตรอนเท่ากับ 3d²4s² อิเล็กตรอน 3 มิติอยู่ในพันธะเคมี ส่งผลให้มีความแข็งแรงพันธะโลหะสูงกว่าเหล็กและมีพันธะอะตอมที่ใกล้ชิดยิ่งขึ้น ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับความแข็งของมัน

 

ที่อุณหภูมิห้อง ไทเทเนียมมีโครงสร้างบรรจุปิด (HCP) หกเหลี่ยม- (Ti) โดยมีระบบสลิปเพียง 3 ระบบและเส้นทางเลื่อนเคลื่อนที่จำกัด ทำให้การเปลี่ยนรูปพลาสติกทำได้ยากขึ้น ไทเทเนียมนั้นโค้งงอหรือเป็นรอยขีดข่วนได้ยากกว่าเหล็ก

 

(II) การผสม

โลหะผสมไทเทเนียมทางอุตสาหกรรมช่วยเพิ่มความแข็งได้อย่างเห็นได้ชัดและรักษาความหนาแน่นต่ำโดยการเพิ่มองค์ประกอบต่างๆ เช่น อะลูมิเนียมและวานาเดียม มีกลไกการเสริมสร้างความเข้มแข็งสามประการหลัก:

 

การเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายแข็ง: อะตอมเช่นอลูมิเนียมและวานาเดียมมีขนาดอะตอมแตกต่างจากไทเทเนียม การเติมเข้าไปทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของโครงตาข่าย ขัดขวางการเคลื่อนที่ของตำแหน่ง และทำให้วัสดุทนทานต่อการเสียรูปมากขึ้น

 

การเพิ่มความเข้มแข็งของการตกตะกอน: หลังจากการบำบัดริ้วรอยแล้ว โลหะผสมไททาเนียมบางชนิดจะตกตะกอนอนุภาคระยะที่สอง- ดูเหมือนว่า "ตะปู" เพื่อปักหมุดข้อเคลื่อน ซึ่งเพิ่มความแข็งอย่างมากในขณะที่ยังคงคุณสมบัติน้ำหนักเบาไว้

 

การควบคุมโครงสร้างเฟส: องค์ประกอบโลหะผสมสามารถสร้างโครงสร้างเฟส -, - เฟส หรือ - ดูเพล็กซ์ได้ โดยการปรับอัตราส่วนเฟส จะมีความสมดุลระหว่างความแข็งและความเหนียว

 

(III) การแปรรูปและการบำบัดความร้อน

เทคโนโลยีการประมวลผลและการบำบัดความร้อนทำให้สามารถควบคุมความแข็งของโลหะผสมไทเทเนียมได้อย่างแม่นยำโดยการควบคุมโครงสร้างจุลภาค:

การทำงานที่เย็นจะทำให้เมล็ดข้าวเสียรูป ทำให้เกิดการแข็งตัวของความเครียดเพื่อเพิ่มความแข็ง

 

การทำงานที่ร้อนจะช่วยลดความเครียดและความเครียดที่อุณหภูมิสูง เพื่อลดความแข็ง และปรับปรุงความเป็นพลาสติกและความเหนียว

สามารถควบคุมผลด้านกฎระเบียบของการบำบัดความร้อนได้มากขึ้น: การหลอมจะทำให้โครงสร้างเป็นเนื้อเดียวกัน ลดความแข็งลงปานกลางเพื่อปรับให้เข้ากับการประมวลผลในภายหลัง

 

การชุบแข็งส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงของเฟส - ไปเป็นมาร์เทนไซต์หรือสารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวสูง ซึ่งจะเพิ่มความแข็งอย่างมีนัยสำคัญ

การบำบัดเพื่อชะลอวัยจะเร่งให้เกิดขั้นตอนการเสริมสร้างความเข้มแข็งเพื่อปรับปรุงความแข็งให้ดียิ่งขึ้น และรับประกันประสิทธิภาพที่ครอบคลุมที่ดี การประยุกต์ใช้กระบวนการต่างๆ ร่วมกันสามารถตอบสนองความต้องการด้านความแข็งของสถานการณ์ต่างๆ ได้

 

ที่สาม วิธีการทดสอบ

ความแข็งบริเนล (HB): เหมาะสำหรับการทดสอบแบทช์ของโลหะผสมไททาเนียมความแข็งปานกลางและต่ำ มีพื้นที่การเยื้องขนาดใหญ่ สามารถสะท้อนถึงความแข็งโดยเฉลี่ย และได้รับผลกระทบจากโครงสร้างที่ไม่เรียบน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม การเยื้องมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ทำให้ไม่เหมาะกับชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำหรือแผ่นบาง

 

ความแข็งแบบร็อกเวลล์ (HR): มีความเร็วในการทดสอบที่รวดเร็ว การเยื้องเล็กน้อย และความเสียหายของตัวอย่างต่ำ เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำและแผ่นบาง สเกลที่ต่างกันจะสอดคล้องกับโลหะผสมไทเทเนียมในช่วงความแข็งที่ต่างกัน

 

ความแข็งแบบวิกเกอร์ส (HV): ให้ความแม่นยำสูงสุดและการใช้งานโหลดที่ยืดหยุ่น ช่วยให้สามารถทดสอบความแข็งทั้งระดับมหภาคและระดับไมโครได้ ไม่เพียงแต่สามารถวิเคราะห์ความแตกต่างของความแข็งเฉพาะจุดระหว่างขั้นตอน ตรวจจับการเคลือบและรอยเชื่อม แต่ยังใช้สำหรับการประเมินประสิทธิภาพตามปกติ ซึ่งทำหน้าที่เป็นวิธีการหลักสำหรับการวิจัยและพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียม ตลอดจนการตรวจสอบกระบวนการ

 

การเยื้องระดับนาโนเหมาะสำหรับการระบุคุณสมบัติทางกลระดับจุลภาคของฟิล์มบางและไมโครรีเจียน ความแข็งลีบเหมาะอย่างยิ่งสำหรับ-การทดสอบชิ้นงานขนาดใหญ่อย่างรวดเร็วที่ไซต์งาน ความแข็งแบบ Knoop ใช้สำหรับการทดสอบแผ่นบางพิเศษ-หรือการเคลือบพื้นผิว