1. Le fasi Alfa e Beta del titanio
Il titanio puro esiste in due strutture cristalline: la fase alfa, che è esagonale compattata-e stabile a temperatura ambiente, e la fase beta, che è cubica a corpo-centrato e stabile alle alte temperature. Gli elementi di lega spostano la stabilità delle due fasi: l'alluminio stabilizza l'alfa, mentre il vanadio, il molibdeno e il ferro stabilizzano la beta. La temperatura alla quale la lega diventa completamente beta è chiamata beta transus ed è il punto di riferimento per quasi tutte le lavorazioni del titanio.
2. Misurazione del Beta Transus
Il beta transus viene determinato sperimentalmente trattando termicamente-piccoli campioni a una serie di temperature, raffreddandoli ed esaminando la microstruttura per trovare la temperatura alla quale non rimane alcun alfa trattenuto. La dilatometria e l'analisi termica differenziale forniscono le stesse informazioni rilevando il cambiamento di fase. Il transus misurato viene utilizzato per impostare le finestre di forgiatura e di trattamento termico e viene registrato per ciascuna colata perché varia leggermente con la composizione.
3. Finestre per il trattamento termico
Il trattamento con la soluzione sopra o sotto il transo produce diverse microstrutture. Il trattamento al di sopra del transo fornisce una struttura completamente trasformata dopo il raffreddamento, mentre il trattamento al di sotto di esso conserva parte dell'alfa primario. L'invecchiamento fa precipitare l'alfa fine dal beta sovrasaturo e aumenta la forza. Le temperature, i tempi e i metodi di raffreddamento vengono selezionati dalle specifiche e il forno viene controllato e calibrato per mantenere uniformemente la temperatura richiesta.
4. L'effetto della velocità di raffreddamento
La velocità di raffreddamento è la leva più forte sulla struttura finale. Il raffreddamento lento del forno produce strutture lamellari grossolane con buona resistenza al creep ma minore duttilità. Il raffreddamento ad aria dà strutture lamellari o Widmanstätten più fini, mentre la tempra in acqua produce martensitico alfa prime, una struttura dura e fine che viene successivamente invecchiata. Il metodo di raffreddamento corretto viene scelto in base all'equilibrio richiesto tra resistenza, tenacità e prestazioni al creep.
5. Lavorazioni termomeccaniche
Anche la temperatura di forgiatura e laminazione relativa al transus controlla la struttura. La forgiatura beta, sopra il transo, rompe la struttura fusa e conferisce un'elevata resistenza allo scorrimento viscoso, mentre la forgiatura alfa-beta, sotto il transo, produce una struttura bimodale con alfa equiassico e buona resistenza alla fatica. La sequenza di deformazione e ricristallizzazione è progettata affinché il componente finito abbia la struttura specificata per la sua applicazione.
6. Controllo e verifica del processo
Un controllo preciso richiede una misurazione accurata della temperatura del forno, un riscaldamento uniforme e registrazioni della temperatura del pezzo durante la lavorazione. Dopo il trattamento termico, i campioni vengono esaminati metallograficamente e vengono eseguiti test meccanici per confermare che la struttura e le proprietà desiderate siano state raggiunte. La combinazione di lavorazione controllata e test di verifica è ciò che rende la transizione di fase uno strumento di produzione affidabile piuttosto che una curiosità di laboratorio.
Il beta transus è il punto di riferimento per tutte le lavorazioni del titanio.
La velocità di raffreddamento controlla l'equilibrio tra resistenza e duttilità.
La forgiatura beta e la forgiatura alfa-beta danno microstrutture diverse.
Domande frequenti
D: Qual è il beta transus di Ti-6Al-4V?
Tipicamente è intorno ai 995 gradi, anche se il valore esatto dipende dalla composizione del calore e viene misurato per ciascun lotto.
D: Perché la velocità di raffreddamento è così importante?
Differenti velocità di raffreddamento producono microstrutture molto diverse, da lamellare grossolana a martensitica fine, che controllano la resistenza e la tenacità.
D: Cos'è l'alfa primo?
L'alfa primo è la fase martensitica che si forma quando il titanio viene raffreddato da sopra il transo e viene successivamente invecchiato per sviluppare resistenza.
D: Come viene misurato il beta transo?
Trattando termicamente-i campioni a temperature crescenti, raffreddandoli ed esaminando la microstruttura per scoprire dove scompare l'ultimo alfa.
D: Cos'è la forgiatura beta?
La forgiatura beta è la deformazione eseguita sopra il beta transus, che affina la struttura del getto e migliora la resistenza allo scorrimento viscoso.
