Le leghe di titanio a grana ultrafine offrono una serie di vantaggi eccezionali, tra cui un grado di maggiore resistenza a temperatura ambiente e un grande allungamento nelle applicazioni di trazione ad alta temperatura. L'affinamento del grano viene solitamente ottenuto mediante grandi deformazioni, come l'estrusione ad angolo uguale, la torsione ad alta pressione, la forgiatura multiasse e la saldatura cumulativa delle bobine. Oltre a questo, per le leghe di titanio è possibile utilizzare il trattamento con idrogeno.
Negli anni '70, l'Istituto di produzione aeronautica di Mosca studiò l'effetto dell'idrogeno sulle proprietà di lavorazione delle leghe di titanio, proponendo il concetto di "plastificazione all'idrogeno", con l'idrogeno come elemento legante temporaneo, attraverso la penetrazione dell'idrogeno, la decomposizione azeotropica, la deidrogenazione sotto vuoto e altri processi, l'uso dell'idroplasticizzazione, della transizione di fase dell'idrogeno e dell'alligazione reversibile dell'idrogeno nelle leghe di titanio, per migliorare le proprietà di lavorazione, perfezionare la microstruttura del materiale e perfezionare il materiale. Prestazioni di elaborazione, affinare la microstruttura del materiale.
Il trattamento con idrogeno può essere utilizzato per affinare l'organizzazione dei grani di pezzi fusi e forgiati in leghe di titanio e per migliorarne le proprietà meccaniche. È stato riportato in letteratura che il trattamento con idrogeno può affinare la microstruttura della lega TiAl, in modo che la sua resistenza alla compressione e la resistenza allo snervamento siano state significativamente migliorate. In pratica, il trattamento con idrogeno può spesso essere combinato con un successivo trattamento termico e distorsione termica per ottenere una granulometria molto fine. È stato dimostrato che la deformazione su larga scala ad alta temperatura delle leghe di titanio idrogenato può provocare la formazione di cristalli fini equiassici con granulometrie di circa 1 μm o addirittura grani di dimensioni nanometriche. Gli studi sulla lega Ti-6.3Al-3.5Mo-1.7Zr (%, frazione di massa) hanno dimostrato che: il trattamento con idrogeno nella frazione di atomi di idrogeno dal 14% al 16%, la deformazione la temperatura viene ridotta a 550 gradi, quindi attraverso il processo di deformazione e il processo di decomposizione della fase substabile, è stata ottenuta la dimensione finale dei grani di nanogranuli da 40 nm. Confrontando le curve sforzo-deformazione ingegneristiche delle leghe Ti-6Al-4V con diverse dimensioni del grano, si può vedere che il materiale a grana ultrafine presenta un'elevata resistenza allo snervamento e un elevato allungamento rispetto a quello a grana grossa o materiali generali a grana fine.
Il trattamento che consente alle leghe di titanio di assorbire un gran numero di atomi di idrogeno (protio) e quindi consente a questi atomi di idrogeno (protio) di desorbire ad alte temperature sotto vuoto è noto come trattamento al protio. Per le leghe di titanio di tipo +, il trattamento con protio consiste nei seguenti tre processi: (1) assorbimento del protio in atmosfera di idrogeno; (2) trasformazione martensitica e trattamento termico che inducono infine una diffusa precipitazione di idruri; e (3) trattamento finale di desorbimento e ricristallizzazione del protium. È stato riferito che il trattamento con protio della lega Ti-6Al-4V, che ha assorbito 0,5% di protio e desorbito a 873 K, ha mostrato un'organizzazione cristallina isotropica ultrafine con ampi bordi angolari dei grani e dimensioni dei grani nell'intervallo di 300-500 nm. È stato dimostrato che il metodo di trattamento con protium aumenta il contenuto della fase nella matrice. Le prove di trazione hanno mostrato un aumento del limite di snervamento della lega a temperatura ambiente, mentre l'allungamento massimo della lega a 1123 K ha raggiunto il 90{{20}}0%. È stato inoltre riportato che il trattamento protium della lamiera Ti-6Al-4V con un contenuto di protio dello 0,5%, seguito da tempra a 1223 K, laminazione a caldo a 1023 K fino ad una riduzione dello spessore dell'80% e protium il desorbimento a 873 K ha prodotto con successo un'organizzazione omogenea con cristalli isometrici ultrafini con granulometrie comprese tra 0,3 e 0,5 μm. I test hanno dimostrato che le proprietà meccaniche, come l'allungamento superplastico della lega, miglioravano significativamente con la riduzione della dimensione del grano.
Sebbene il metodo di trattamento con idrogeno mostri un grande potenziale per la raffinazione delle leghe di titanio, è più costoso di altri metodi convenzionali e, per parti strutturali più grandi, il metodo presenta anche problemi come una distribuzione non uniforme dell'idrogeno e requisiti elevati di apparecchiature, che necessitano di essere ulteriormente studiati e analizzati. risolto.
