Titāna un titāna sakausējumu karstās apstrādes procesi

Sistemātisks kopsavilkums un skaidrojums par Ķīnas titāna un titāna sakausējuma karstās apstrādes procesi materiāli tika izgatavoti.

Titāns un titāna sakausējumi ir izcilas visaptverošas īpašības, piemēram, augsta īpatnējā stiprība, īpatnējais modulis, stingrība, augsta izturība pret koroziju, izturība pret augstām temperatūrām, metināmība un nemagnētisms. Tos plaši izmanto dažādās jomās, piemēram, aviācijā, aviācijā, kosmiskajā aviācijā, kuģu būvē, naftas, ķīmijas, ieroču, elektronikas un medicīnas nozarē. Pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados rūpnieciski attīstītās valstis, piemēram, Amerikas Savienotās Valstis, Apvienotā Karaliste un bijusī Padomju Savienība, plaši izmantoja titāna un titāna sakausējumu materiālus lidaparātu un aviācijas dzinēju ražošanā. Titāna un titāna sakausējumu materiālu izmantošana Ķīnas aviācijas rūpniecībā sākās salīdzinoši vēlu. Neliels daudzums titāna un titāna sakausējumu materiālu pakāpeniski tika izmantots lidaparātu un aviācijas dzinēju ražošanā 20. gadsimta 80. gados. Tomēr pēc 21. gadsimta iestāšanās titāna un titāna sakausējumu materiālu izmantošanas līmenis Ķīnas aviācijas nozarē ir ievērojami uzlabojies. Pēc gandrīz 40 gadu centieniem Ķīnā ir panākts ievērojams progress sakausējuma mikrostruktūras, apstrādes tehnoloģijas, leģēšanas un citu tehnoloģiju jomā. Īpaši pēdējo 20 gadu laikā, pateicoties dažādu pētniecības institūtu, profesionālu ražotāju un universitāšu pētnieku veiktajiem inženiertehniskās prakses pētījumiem un izpētes testiem, Ķīnas titāna un titāna sakausējumu karstā apstrāde ir izveidojusi samērā pilnīgu procesu tehnoloģiju sistēmu.

1. Titāna un titāna sakausējumu klasifikācija

Titāna un titāna sakausējumu klasifikācijas metodes ietver McGellen klasifikāciju, β stabilitātes koeficienta klasifikāciju un definīcijas klasifikāciju GB / T 6611-2008. Titāna un titāna sakausējumu klasifikācija literatūrā nedaudz atšķiras, bet vispārējā klasifikācija ir konsekventa. Šeit ir īss ievads par Makgellena klasifikāciju. Šī klasifikācijas metode ir 1956. gadā izstrādātā McGovern klasifikācijas metode saskaņā ar titāna un titāna sakausējumu atlaidināšanas stāvokļa fāžu sastāvu. Sākotnēji titāns un titāna sakausējumi tika iedalīti trīs kategorijās: α tipa sakausējumi, α + β tipa sakausējumi un β tipa sakausējumi. Tomēr, strauji attīstoties titāna un titāna sakausējumu pētniecībai un pielietojumam, titāna sakausējumu veidu kļūst arvien vairāk, un šīs McGovern klasiskās klasifikācijas metodes ierobežojumi kļūst arvien lielāki. Tāpēc pēcteči ir uzlabojuši šo pamatu un iedalījuši titānu un titāna sakausējumus piecās kategorijās: titāna un titāna sakausējumu pamatstruktūra pēc atlaidināšanas ir α fāze, ko sauc par α tipa sakausējumu. Pamata struktūra pēc atkvēlināšanas ir α fāze + β fāze, bet α fāzi galvenokārt sauc par gandrīz α tipa sakausējumu. Pamata struktūra pēc atkvēlināšanas ir α fāze + β fāze, ko sauc par (α + β) tipa sakausējumu. Pamata struktūra pēc atlaidināšanas ir β fāze, bet ir noteikta α fāze, ko sauc par gandrīz β tipa sakausējumu. Pamata struktūra pēc atlaidināšanas ir β fāze, kas ir β tipa sakausējums.

2. Titāna un titāna sakausējumu struktūra

2.1 Titāna sakausējumu, kas ir tuvu α un α + β tipam, mikrostruktūra

2.1.1 Veinšteina organizācija

Parasti tas attiecas uz titāna un titāna sakausējuma struktūru kā liešanas stadijā vai titāna sakausējuma deformācijas sākuma temperatūra un beigu temperatūra ir β fāzes apgabalā, deformācija nav ļoti liela (parasti mazāka par 50%), vai arī, kad sakausējums tiek uzkarsēts līdz β fāzei un pēc tam lēni atdzesēts, tiks iegūta widmanstatten struktūra. Widmanstatten struktūrai raksturīgi rupji sākotnējie β graudi, un uz sākotnējās β graudu robežas ir skaidra α graudu robeža. Sākotnējais β kristāls ir plākšņains α staru domēns, un plākšņainais α ir β fāze, kā parādīts 1. attēla a) punktā.

2.1.2 Tīrā groza organizācija

Titāna sakausējums deformējas tuvu β pārejas temperatūrai vai sāk deformēties β fāzes apgabalā, bet beidz deformāciju divfāžu apgabalā, un deformācijas daudzums ir 50%-80%. Grozveida struktūrai raksturīga sākotnējās β graudu robežas iznīcināšana deformācijas procesa laikā; nerodas vai parādās tikai neliels daudzums graudu robežas α, un α loksne sākotnējā β graudā kļūst īsāka (t. i., malu attiecība ir maza), α staru domēna izmērs ir neliels. Kopas ir savstarpēji saistītas, kā parādīts 1. attēla b) punktā.

2.1.3 Jaukta organizācija

Titāna sakausējumu deformē divfāžu apgabala augšējā daļā vai pēc deformācijas divfāžu apgabalā; to uzkarsē līdz divfāžu apgabala augšējai temperatūrai un pēc tam atdzesē ar gaisu, lai iegūtu jauktu struktūru. Jauktajai struktūrai raksturīgs nesaistītu primāro α daļiņu sadalījums uz β transformācijas matricas, un to skaits ir mazāks par 40% (literatūrā definēts kā 50%). Jauktajā struktūrā ir divas α formas: viena ir primārās vienādmalu α daļiņas, bet otra ir sekundārā α josla uz transformētās β matricas. Lielākajā daļā literatūras tas tiek dēvēts par divstāvu organizāciju. Tomēr, ņemot vērā to, ka pagājušā gadsimta deviņdesmitajos gados uz divstāvu organizācijas bāzes tika izstrādāta trīsstāvu organizācija, to pareizāk ir saukt par jaukto organizāciju, kas ietver divstāvu organizāciju un trīsstāvu organizāciju. Trīs valstu organizācijas izteiksme: (α + α + β) organizācija, īpašības: α ≈ 10%-20%, α ≈ 60%-70%, un haotiska pārklāšanās, kā parādīts 1. attēla c) punktā.

2.1.4 Izometriskā struktūra

Viendabīgu struktūru parasti var iegūt, ja titāna sakausējumu deformē divfāžu apgabalā zem bimodālās struktūras veidošanās temperatūras (aptuveni 30-60 °C zem β fāzes pārejas punkta). Viendabīgai struktūrai raksturīgs vienmērīgs viendabīgas primārās α matricas sadalījums ar saturu, kas pārsniedz 40%, un ir zināms β struktūras daudzums. Jo zemāka deformācijas temperatūra, jo lielāks primāro α un dislokāciju blīvums. Vienādmalu primārās α saturs galvenokārt nosaka jaukto struktūru un vienādmalu struktūru. Literatūrā ir noteikts, ka vienādmalu primārās α saturs ir lielāks par 50%. Tomēr pašlaik ir atzīts, ka primārā vienšūņainā α saturs ir lielāks par 40%, pat lielāks par 70%-80%. Primārā vienādmalu α morfoloģija ir sfēriska, eliptiska, olīvas formas, stienīša-dzirnakmens formas un garas sloksnes formas. Vienādmalu struktūra = (α + β) = (α + α + β). Matrica β ietver smalkas platmatiņas α, un melnā apakšdaļa starp smalkām joslām ir atlikuma β, kā parādīts 1. attēla d) punktā.

2.2 α tipa un β tipa titāna un titāna sakausējumu mikrostruktūras

Tipiska α tipa titāna un titāna sakausējuma mikrostruktūra ir viens α grauds, kā parādīts 1. attēla e) punktā; tipiska β tipa titāna sakausējuma mikrostruktūra ir viens β grauds, kā parādīts 1. attēla f) punktā. Titāna un titāna sakausējumu īpašības nosaka to mikrostruktūra, un titāna un titāna sakausējumu mikrostruktūru galvenokārt nosaka termiskā apstrāde (kalšana, termiskā apstrāde).

3. Titāna un titāna sakausējuma kalšana

3.1 Kalšanas mērķis

3.1.1 Mikrostruktūras un īpašību uzlabošana

Oriģinālākā titāna un titāna sakausējuma sagatave kalšana ir lietņi. Laikā kalšanas process, izlietā struktūra tiek deformēta un pārkristalizēta. Sākotnējie rupjie dendrīti un kolonnveida graudi kļūst par vienādmalu pārkristalizētām struktūrām ar smalkiem graudiem un viendabīgu izmēru. Tajā pašā laikā sākotnējā segregācija, porainība, poras un plaisas lietņos padara metāla struktūru blīvāku un uzlabo metāla plastiskumu un mehāniskās īpašības.

3.1.2 Mainīt formu un izmēru

Lai iegūtu nepieciešamās sagatavju specifikācijas un izmērus, tas ir jāpanāk, izmantojot atbilstošu kalšanas deformāciju.

3.2 Titāna un titāna sakausējumu brīvā kalšana (sagatavju ražošana)

Tā sauktā brīvā kalšana ir kalšanas metode, kurā metāla plūsma nav ierobežota vai nav pilnībā ierobežota virzienā, kas ir perpendikulārs deformācijas spēkam. Galvenā brīvās kalšanas priekšrocība ir tā, ka nav nepieciešama kalšanas veidne, detaļas var ātri nodot ražošanā, un detaļu izmērs un svars nav ierobežots. Trūkums ir tas, ka nevar kalt kalumus ar sarežģītām formām un augstām izmēru precizitātes prasībām, materiāla izmantošanas koeficients ir zems un ražošanas efektivitāte varētu būt augstāka. Brīvā kalšana ir piemērota atsevišķu detaļu un mazu partiju kalumu ražošanai.

1. attēls Tipiskas titāna un titāna sakausējumu mikrostruktūras
Titāna un titāna sakausējuma brīvā kalšana galvenokārt ietver lietņu kalšanu, stieņu kalšana, plākšņu kalšana, gredzenu kalšanaun sagatavju kalšana. Ražojot titāna un titāna sakausējumu izstrādājumus, gredzenus, kalumi, utt. tiek tālāk karsti apstrādāti (kalti utt.), pamatojoties uz kvalificētiem stieņiem. Tāpēc stieņu ražošana ir titāna un titāna sakausējumu izstrādājumu ražošanas atslēga.

3.2.1 Titāna un titāna sakausējumu kalšanas sildīšana

Titānam un titāna sakausējumiem piemīt alotropu transformācijas īpašības. Kad titāns un titāna sakausējumi ir cietā stāvoklī, to atomu izvietojuma kristāliskā struktūra mainās līdz ar temperatūras izmaiņām (mikrostruktūras transformācija). Istabas temperatūrā dominē α-Ti (α fāze) blīvi sakārtotā heksagonālā kristāla, bet augstā temperatūrā dominē β-Ti (β fāze) kubiski centrētā kristāla. Kad karsēšanas temperatūra pārsniedz noteiktu temperatūru, titāna un titāna sakausējuma blīvi sakoptā heksagonālā kristāla α-Ti (α fāze) pilnībā pārvēršas kubiskā kristāla β-Ti (β fāzē), ko sauc par β pārejas temperatūru (fāžu pārejas punktu). Heksagonālajam kristālam ar ciešu iepakojumu ir tikai viena kristālplakne ar visblīvāko atomu izvietojumu - {0001}plakne. Slīdes plaknei var būt trīs slīdes virzieni, tāpēc slīdes sistēmu skaits ir 1 × 3 = 3. Tā kā istabas temperatūrā titāns un titāna sakausējumi galvenokārt ir α-Ti (α fāze) heksagonālā cieši iepakota kristāla kristāla veidā, lielākajai daļai titāna un titāna sakausējumu ir sliktas aukstās apstrādes īpašības. β-Ti (fāze) ir kubisks kristāls ar centrētu ķermeni. Ir sešas {110} kristāla plaknes ar visblīvāko atomu izvietojumu kubiski centrētā kristālā; katrai no tām ir divi slīdēšanas virzieni, tāpēc slīdēšanas sistēmu skaits ir 6 × 2 = 12. Ķermenī centrētajā kubiskajā kristālā ir 48 galvenās slīdēšanas plaknes un sekundārās slīdēšanas plaknes. Tāpēc titāna un titāna sakausējumu plastiskums kļūst labāks, un deformācijas pretestība pēc karsēšanas augstā temperatūrā ievērojami samazinās, kas ir izdevīgi kalšanas deformācijai.
Tāpēc gandrīz visi titāna un titāna sakausējumi ir karsti kalti. Titāna un titāna sakausējumu kalšanas laikā titāna un titāna sakausējumu struktūras, kas veidota kā liešanas procesā, sliktas plastiskuma, pārāk lielas lietņa formas un lielas deformācijas sprieguma virsmas dēļ to parasti karsē 100-200 °C virs β pārejas temperatūras, lai efektīvi uzlabotu karstās apstrādes plastiskumu un ievērojami samazinātu deformācijas pretestību uz laukuma vienību. Turpmākajā kalšanas procesā karsēšanas temperatūra ir pakāpeniski zemāka nekā sagataves kalšanā, līdz β pārejas temperatūra ir zemāka. Procesa metodei raksturīgs augsts ražīgums, viendabīga struktūra un augstas prasības iekārtu tonnāžai. Tomēr daži titāna un titāna sakausējumu ražotāji izmanto karsēšanas un kalšanas deformācijas procesu tieši divfāzu zonā pēc sagataves atvēršanas pabeigšanas. Šā procesa trūkums ir tas, ka izlaides rādītājs ir zems un struktūra ir nevienmērīga, bet tas ir piemērots nelielu iekārtu ražošanai. Titāna un titāna sakausējumu izstrādājumu ražotāju īpašais process būs atšķirīgs. Lielākā daļa specifisko procesu ir balstīti uz praktisko pieredzi un testu datiem, ko uzkrājuši paši ražotāji. Sakarā ar to, ka platmalu struktūras vai grozu struktūras, kas iegūta, deformējot virs β pārejas temperatūras, plastiskums ir zems, vairumā izstrādājumu tehnisko standartu gandrīz α tipa un α + β tipa titāna sakausējuma stieņu mikrostruktūrai parasti tiek prasīts, lai tā būtu viendabīga vai jaukta struktūra ar labu plastiskumu. Tāpēc titāna un titāna sakausējumu stieņu kalšanas vēlākā posmā 2-3 ugunsgrēkus vai pat vairāk karsē un kaltē 20-60 °C zem fāžu pārejas punkta.
Titāna siltumvadītspēja ir maza, kas ir 1/15 alumīnija un 1/5 dzelzs siltumvadītspējas. Tāpēc titāna un titāna sakausējumu sagataves, kuru diametrs (biezums) ir lielāks par 300 μs, ir nepieciešams iepriekš uzsildīt zemā temperatūrā, lai novērstu sagataves iekšējo plaisāšanu. Tajā pašā laikā titānu un titāna sakausējumus nav viegli pārāk ilgi turēt augstā temperatūrā, lai izvairītos no struktūras pasliktināšanās. Tāpēc, karsējot titānu un titāna sakausējumus, tukšās krāsns temperatūru parasti paaugstina līdz iepriekš noteiktai temperatūrai un pēc tam karsē ielādētā sagatavē. Titāna un titāna sakausējumu karsēšanas noturēšanas laiku parasti aprēķina atbilstoši biezumam 0,5-0,8 min/mm; visilgākais noturēšanas laiks parasti nav ilgāks par 1,2 min/mm, un karstais stāvoklis ir uz pusi mazāks. Tā kā karsēšanas temperatūra ir jutīga pret titāna un titāna sakausējumu transformāciju, titāna un titāna sakausējumu kalšanu parasti karsē ar pretestības krāsni ar temperatūras kontroles precizitāti (±10-15) °C. Tomēr, ņemot vērā rupjo struktūru, kas veidojas, tieši sacietējot šķidrajam metālam, karsēšanas krāsns temperatūras kontroles precizitāte nav augsta. Tāpēc sagatavju kalšanu var sildīt ar cietā kurināmā reverberācijas krāsni, eļļas krāsni, dabasgāzes krāsni u. c., bet tai jābūt oksidējošai atmosfērai. 

3.2.2 Titāna un titāna sakausējuma kalšanas deformācija uz vienu ugunsgrēku 

Portāls titāna un titāna sakausējuma kalšanas deformācija parasti ir vairāk nekā 60%-75%, starpposma uguns kalšanas deformācija parasti tiek kontrolēta 40%-75% līmenī, un gatavā izstrādājuma kalšanas deformācija tiek kontrolēta vairāk nekā 20% līmenī. 
Kad titānu un titāna sakausējumus kaltā ar brīvās kalšanas āmuru ar lielu kalšanas ātrumu, jāņem vērā termiskā ietekme kalšanas procesā. Tā kā titāna un titāna sakausējumu siltumvadītspēja ir slikta un temperatūra ir ļoti jutīga pret tā mikrostruktūru, stieņa serdes deformācijas siltums kalšanas procesa laikā uz āmura ļauj sakausējuma lokālajai temperatūrai kļūt tuvu β pārejas temperatūrai vai pārsniegt to, kā rezultātā serdes struktūra pārkarst. Tāpēc, izmantojot kalšanas ar āmuru procesu titāna un titāna sakausējumu izstrādājumiem ar organizatoriskām un veiktspējas prasībām, sagatavi nevar nepārtraukti spēcīgi sist.

3.2.3 Dzesēšanas metode pēc titāna un titāna sakausējumu kalšanas kalšanas 

Tradicionālajā procesā titāna un titāna sakausējuma dzesēšanas metode pēc kalšanas ir gaisa dzesēšana. Pēc karsēšanas un kalšanas deformācijas fāžu pārejas punktā titāna sakausējuma un α + β tipa titāna sakausējuma mikrostruktūra ir neliels daudzums primārās viendabīgās α un liels daudzums β fāzes augstā temperatūrā. Kad kalums pēc kalšanas tiek atdzesēts ar gaisu, samazinoties kalšanas temperatūrai, lielākā daļa stabilās β fāzes mikrostruktūrā augstā temperatūrā pakāpeniski pārveidojas par stabilu α fāzi istabas temperatūrā. Tas nozīmē, ka pēc kalšanas dzesēšanas ar gaisu, samazinoties temperatūrai, mikrostruktūrā pakāpeniski pieaug vai agregējas neliels primārās viendabīgās α fāzes daudzums. Liela daļa augstas temperatūras β fāzes, pazeminoties temperatūrai, pakāpeniski pārveidojas sloksnes α fāzē un atlikušajā β fāzē. Sloksnveida α fāze pakāpeniski aug, sabiezē un pat agregējas. Šī parādība neveicina mikrostruktūras un īpašību uzlabošanos. Turklāt atdzesēšanas ātrums starp sagataves virsmu un serdi ir ļoti atšķirīgs, un mikrostruktūras un īpašību konsekvence uz sagataves virsmas un serdes ir ļoti atšķirīga. krustu šķērsu-sekcija ir vāja. Līdzīgi vienfāzes titāna un titāna sakausējuma vienfāzes graudi aug, dzesējot gaisu, un iekšējā un ārējā graudu lieluma konsekvence kļūst sliktāka.
Ņemot vērā iepriekš minētos trūkumus, pēdējos gados daži titāna un titāna sakausējumu ražotāji ir pieņēmuši ūdens dzesēšanas procesu pēc titāna un titāna sakausējumu sagatavju un starpproduktu sagatavju ražošanas. Pēc kalšanas gandrīz α tuvu α titāna sakausējumu un α + β titāna sakausējumu atdzesē ar ūdeni, kam ir ātrs dzesēšanas ātrums un liels nepietiekams atdzesējums. No vienas puses, augsttemperatūras struktūrā nelielam daudzumam primāro vienādmalu α nav pietiekami daudz laika augt; no otras puses, ātras dzesēšanas dēļ liels skaits augsttemperatūras β fāžu pārāk vēlu pārvēršas stabilās sloksnes α fāzēs, un nav laika, lai jaunās sloksnes α fāzes pakāpeniski augtu un rupjotos. Tāpēc primārā vienādmalu α fāze un sloksnes α fāze mikrostruktūrā, kas rodas ūdens dzesēšanas procesā pēc kalšanas, ir mazāka nekā tā, kas rodas gaisa dzesēšanas procesā pēc kalšanas. No eksperimenta redzams, ka ūdens dzesēšana pēc kalšanas var ne tikai uzlabot titāna un titāna sakausējuma augstfāžu struktūru, bet arī uzlabot tā zemfāžu struktūru. Kristāliskie defekti (dislokācijas, subgraudi) un deformēta mikrostruktūra ar palielinātu dislokāciju blīvumu tika pilnībā vai daļēji fiksēti istabas temperatūrā, dzesējot ar ūdeni pēc kalšanas, kas palielināja lielu kristālisko kodolu skaitu pārkristalizācijai turpmākajā termiskajā apstrādē. Turpmākās termiskās apstrādes laikā β fāzes nogulsnēšanās mehānisms mainījās no inducētās nukleācijas mehānisma gaisa dzesēšanas laikā uz neatkarīgu nukleācijas režīmu, un tika iegūta smalka, haotiska un savstarpēji savijusies joslu primārā α un sekundārā α, kas varēja ievērojami uzlabot izturību. Līdzīgi arī vienfāzes titāna un titāna sakausējuma gadījumā ūdens dzesēšana kavē tā vienfāzes graudu augšanu, un iekšējā un ārējā graudu lieluma konsekvence ir laba. 

3.2.4 Fāzes kontrole tuvu α tipa un α + β tipa titāna sakausējumos

Tuvu α tipa titāna sakausējuma un α + β tipa titāna sakausējuma brīvās kalšanas izstrādājumiem parasti ir nepieciešams, lai to mikrostruktūras būtu viendabīgas vai jauktas, un tajos ir nepieciešams primārās α fāzes saturs. Piemēram, GJB493-88 nosaka, ka rotora lāpstiņas stieņa primārās α fāzes saturs nedrīkst būt mazāks par 30%, statora lāpstiņas stieņa primārās α fāzes saturs nedrīkst būt mazāks par 25%, un tiek prasīts garās sloksnes α izmērs. Rotora lāpstiņas stieņa garās joslas α izmērs ir mazāks par 0,06 mm, bet statora lāpstiņas stieņa garās joslas α izmērs ir mazāks par 0,08 mm. Piemēram, "HB5432-89 lidaparātu TC4 titāna sakausējuma kalumi" nosaka, ka primārais α saturs brīvos kalumos ar lielu palielinājumu nedrīkst būt mazāks par 15%, primārajam α saturam kalumos ar lielu palielinājumu jābūt 15%-55%, un garā josla α nedrīkst pārsniegt 0,2 mm. Piemēram, GJB1538 nosaka, ka garā josla α lielā palielinājuma audumā ar diametru, kas lielāks par 150, nepārsniedz 0,25 mm. Kā piemēru ņemot α + β divfāžu TC4 titāna sakausējuma stieņa ražošanu, galvenais, lai iegūtu GJB493-88 prasībām atbilstošu stieni, ir kalšanas karsēšanas temperatūras un deformācijas kontrole: jo tuvāk gatavā izstrādājuma kalšanas karsēšanas temperatūra ir β pārejas temperatūrai, jo mazāks primāro α skaits sakausējuma mikrostruktūrā, jo sliktāka plastiskums un lielāka izturība; jo vairāk kalšanas reižu un jo lielāka sakausējuma deformācija zem β pārejas temperatūras, jo smalkāka, vienmērīgāka un tuvāka lodveida formai ir primāro α sakausējuma mikrostruktūrā.
Lielākajai daļai titāna sakausējumu stieņu, gredzenu, kūku un citu izstrādājumu nepieciešama ultraskaņas pārbaude. Widmanstatten un grozu pinuma α struktūras ir rupjas latas formas, un to graudu robeža ir acīmredzamāka. Veicot ultraskaņas testēšanu, sakausējuma vājinājums un apakšējā viļņa atstarošanas līmenis viegli pārsniedz standartā noteiktās defekta viļņa prasības, un ir grūtāk noteikt metalurģiskos defektus sakausējumā. Tāpēc lielākā daļa tehnisko standartu neļauj piegādāt titāna sakausējuma izstrādājumus šajos divos strukturālajos stāvokļos. Viendabīgās un jauktās struktūras gadījumā lielā deformācija kalšanas procesa laikā padara graudu robežu α pilnībā pārrautu un sferoidizētu, arī primārais α kristālā ir pilnībā sferoidizēts, un sekundārā latiņa α kļūst ļoti īsa. Sakausējuma graudu robeža gandrīz vairs nepastāv (mazas palielināšanas pārbaudē redzams izplūdušais kristāls). Tādējādi ultraskaņas defektu noteikšanas procesā vājinājums ir ļoti mazs. Ir viegli atklāt mazus metalurģiskos defektus, kas noteikti standartā. Ražojot titāna materiālus, visvēlamākā ir viendabīga vai jaukta struktūra. 

3.3 Kalšana presformās (pie α tipa un α + β tipa titāna sakausējuma) 

Tā sauktā kalšana ar presformu ir metāla sagataves kalšanas metode kalšanas modeļa rievā. Kalšanas ar presformu priekšrocības ir tādas, ka ar to var kalt kalumus ar sarežģītām formām un augstu izmēru precizitāti, augstu materiāla izmantojumu, augstu ražošanas efektivitāti, lieliskām mehāniskām īpašībām un labu kvalitātes stabilitāti, kas ir piemērota masveida ražošanai. Trūkums ir tas, ka ir nepieciešams izmantot profesionālu veidņu ražošanas ciklu, un ieguldījumi iekārtās un veidnēs ir lieli.
Kalumi galvenokārt apstrādā detaļas, ko izmanto aviācijas nozarē, tāpēc titāna sakausējuma kalšana tiek plaši izmantota aviācijas nozarē. Dažādos literatūras avotos bieži pieminētā parastā α + β kalšana, gandrīz β kalšana, sub β kalšana un titāna sakausējuma pilnīga β kalšana parasti attiecas uz titāna sakausējuma (gandrīz α tipa, α + β tipa) gatavo štancēšanas procesu. Titāna sakausējuma gatavo izstrādājumu presformas kalšanā izmantotie sagataves sagataves veidņi parasti ir kvalificēti sagataves ar viendabīgu vai jauktu mikrostruktūru, kas izgatavotas brīvās kalšanas procesā. 

3.3.1 Parastā α + β kalšana

Parasto α + β kalšanas procesu titāna sakausējumā HB/Z 199-91 definē kā kalšanu pēc karsēšanas α + β fāzu apgabalā zem β fāžu pārejas temperatūras 25-50 °C vai zemākas. Tradicionālās kalšanas procesā parasti iegūst viendabīgu vai jauktu struktūru ar labu plastiskumu istabas temperatūrā un termisko stabilitāti, bet vāju augsttemperatūras veiktspēju, lūzuma izturību un izturību pret plaisu izplatīšanos. Pašlaik ar šo procesu galvenokārt ražo α tipa titāna sakausējuma un α + β tipa titāna sakausējuma kalumus. Vairāk nekā 80% titāna sakausējuma kalumu Ķīnas aviācijas dzinējos ražo, izmantojot šo parasto α + β kalšanas procesu.

3.3.2 Tuvu β kalšanai

Titāna sakausējuma tuvu β kalšanas procesa definīcija navigācijas zīmē HB/Z 199-91 ir kalšana pēc karsēšanas 10-15 °C temperatūrā zem β fāzes pārejas punkta. Titāna sakausējuma kalumiem, kas izgatavoti, izmantojot parasto α + β kalšanu, ir augsta plastiskums istabas temperatūrā un termiskā stabilitāte, bet sliktas īpašības augstā temperatūrā, noguruma īpašības un lūzuma izturība. Tāpēc pagājušā gadsimta 80. gados Aviācijas un kosmosa 148 rūpnīcā tika pētīts parastais α + β kalšanas process, gandrīz β kalšanas process un β kalšanas process TC11 titāna sakausējuma titāna kompresora diskam lidmašīnas dzinējam. Mikrostruktūra, kas iegūta, veicot gandrīz β kalšanas testu, ir aptuveni 20% vienādmalu primārā α fāze, kas sadalīta uz matricas ar īsu, smalku un netīru grozu struktūru, kas ir jaukta struktūra. Šīs struktūras plastiskums un termiskā stabilitāte nav zemāka par parastās kalšanas plastiskumu un termisko stabilitāti, bet tās augsttemperatūras veiktspēja, noguruma veiktspēja un lūzuma izturība ir ievērojami uzlabojusies salīdzinājumā ar parasto kalšanu, un tai ir izcilas visaptverošas mehāniskās īpašības. Turklāt šī kalšanas procesa karsēšanas temperatūra ir augstāka nekā parastās kalšanas procesā, un sakausējuma deformācijas pretestība ir neliela, kas uzlabo termiskās apstrādes veiktspēju. Tajā pašā laikā karsēšanas temperatūra nepārsniedz β pārejas punktu, tādējādi novēršot β kalšanas trūkumus. Pamatojoties uz veiksmīgu testu, 148 rūpnīcā, izmantojot β kalšanas procesam tuvu β kalšanas metodi, tika izgatavoti WP13 aviācijas dzinēja TC11 kompresora diska kalumi un uzstādīti iekārtā uzstādīšanas novērtēšanai, un to izmantošana ir laba. Vēlāk Zhou et al. veica padziļinātu pētījumu par gandrīz β kalšanas procesu un ieviesa stiprināšanas un rūdīšanas apstrādes tehnoloģiju. Struktūru, kas iegūta gandrīz β kalšanas procesā, nosauca par trīsstāvu struktūru (aptuveni 10%-20% vienādmalu α, 50%-60% grozveida α un transformācijas β matricas rezerve). Pētot TC11 titāna sakausējuma TC11 tuvu β kalšanas procesu, ir konstatēts, ka šī struktūra var uzlabot materiāla augsttemperatūras veiktspēju, lūzuma izturību un zema cikla noguruma veiktspēju, nesamazinot plastiskumu un termisko stabilitāti, un var uzlabot materiāla darba temperatūru par 20-50 °C.

3.3.3 Sub-β kalšana

Titāna un titāna sakausējuma sub-β kalšanas procesa definīcija HB/Z 199-91 ir šāda: kalšanu veic pēc karsēšanas 10-40 °C temperatūrā virs β fāzes pārejas punkta, un deformācija pilnībā vai galvenokārt tiek pabeigta α + β divfāžu apgabalā zem β fāzes pārejas punkta. Veicot robežu α preferenciālu saspiešanu, sloksne α robežu apgabalā ir vienādmalu, un tiek iegūta grozu pinuma struktūra. Grozveida struktūras pamatiezīme ir tā, ka graudu robeža α ir salauzta, un grauda α ir grozveida, bet šo struktūru ir grūti iegūt. Šajā kalšanas procesā parasti tiek izgatavoti kalumi ar augstām prasībām attiecībā uz lūzuma izturību. 
TC17 titāna sakausējuma diski lidmašīnu dzinējiem ir ražoti ar karstās presēšanas/izotermiskās kalšanas procesu Ķīnas Aviācijas rūpniecības kalšanas rūpnīcā un Baosteel speciālā tērauda filiālē (agrāk Šanhajas 5. tērauda rūpnīca), un tie ir iekļauti inženierijas lietojumos. Tā kā lidaparātu konstrukcijas koncepcija pakāpeniski mainās no iepriekšējās tīrās statiskās izturības uz drošu kalpošanas laiku, drošu pret bojājumiem un pat uz modernu bojājumu tolerances konstrukcijas koncepciju, progresīvie titāna sakausējumu materiāli pakāpeniski attīstās par bojājumu tolerantiem titāna sakausējumiem ar augstu lūzuma izturību un zemu plaisu augšanas ātrumu. Amerikas Savienotajās Valstīs bojājumiem izturīgu titāna sakausējumu izstrāde un pielietošana ir priekšplānā. Piemēram, ASV ceturtās paaudzes iznīcinātājā F-22 izmantotais titāns galvenokārt ietver vidējas izturības bojājumiem izturīgu titāna sakausējumu Ti-6Al-4VELI un augstas izturības bojājumiem izturīgu titāna sakausējumu Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo-S. Tiek ziņots, ka šo divu titāna sakausējumu gatavie kalumi tiek izgatavoti, izmantojot β karstās apstrādes tehnoloģiju. Kopš "Vienpadsmitā piecgades plāna", pamatojoties uz iekšzemes situāciju, Ķīna ir patstāvīgi izstrādājusi TC4-DT vidējas stiprības bojājumiem izturīgu titāna sakausējumu un TC21 augstas stiprības bojājumiem izturīgu titāna sakausējumu un to β termiskās apstrādes tehnoloģiju, un tos izmantoja modernu iznīcinātāju galvenajās gultņu konstrukcijas daļās.

3.3.4 Pilna β kalšana

Pilna β kalšanas procesa definīcija titāna sakausējumam HB/Z 199-91 ir tāda, ka kalšana tiek veikta pēc karsēšanas 50 °C vai augstākā temperatūrā virs β fāzes pārejas punkta, un deformācija pilnībā vai galvenokārt tiek pabeigta β fāzes zonā. Graudu rafinēšanu panāk ar β fāzes dinamisko pārkristalizāciju, un tiek iegūta lamelāra struktūra. Šajā procesā iegūto izstrādājumu mikrostruktūra pārsvarā ir platmalu struktūra, un plastiskums un termiskā stabilitāte ir pārāk vāji, tāpēc šo procesa metodi gandrīz neizmanto gatavo kalumu ražošanā. 

3.3.5 Titāna sakausējuma štancēšanas ražošanas galvenie elementi

Līdzīgi kā brīvās kalšanas procesā, galvenie kontroles faktori titāna sakausējuma kalšanas procesā ir karsēšanas temperatūra, uguns deformācija, galīgā kalšanas temperatūra un dzesēšanas metode pēc kalšanas. No tiem vissvarīgākā ir karsēšanas temperatūra. "HB 5355-94 kalšanas procesa kvalitātes kontrole" nosaka, ka titāna un titāna sakausējumu kalšanas karsēšanas krāsnīm jāizvēlas II-IV. Kalšanai ar temperatūru, kas tuvu β un zem β, jāizvēlas II pretestības karsēšanas krāsnis ar labu temperatūras kontroles precizitāti un temperatūras vienmērīgumu. Uguns deformācijas, galīgās kalšanas temperatūras un dzesēšanas režīma pēc kalšanas ietekme uz kalumu mikrostruktūru un īpašībām atbilst iepriekš minētajai brīvās kalšanas ietekmei, ko var elastīgi pielāgot atkarībā no konkrētā procesa.

4. Titāna un titāna sakausējuma termiskā apstrāde

4.1 α tipa titāna un titāna sakausējuma termiskā apstrāde

Šāda veida titānu un titāna sakausējumus parasti apstrādā ar parasto atlaidināšanu. Ja nepieciešams saglabāt aukstās deformācijas nostiprināšanas efektu, izmanto atkausēšanu ar sprieguma samazināšanu. Ja nepieciešams atjaunot plastiskumu, var izmantot pārkristalizācijas atlaidināšanu. 

4.2 Tuvu α un α + β titāna sakausējumu termiskā apstrāde 

Portāls termiskā apstrāde šāda veida titāna sakausējuma galvenokārt ietver parasto atlaidināšanu, dubulto atlaidināšanu, rūdīšanu + novecošanu utt. 
Dubultās rūdīšanas mērķis ir uzlabot sakausējuma lūzuma izturību, stabilizēt struktūru un iegūt labu stiprības un plastiskuma atbilstību. Tā parasti ir piemērota titāna sakausējumiem, kas tiek apstrādāti augstā temperatūrā. Sekundārās atlaidināšanas mērķis ir pilnībā sadalīt metastabilo β fāzi, kas iegūta primārajā atlaidināšanā, panākt zināmu novecošanās nostiprinošo efektu un iegūt struktūru ar līdzīgu stiprību kā parastajā atlaidināšanā, augstu lūzuma izturību un stabilu struktūru augstā temperatūrā.
Galvenie rūdīšanas + novecošanas raksturlielumi ir šādi: rūdīšanas laikā notiek martensīta pārveide, t. i., izomerizācijas pārveide. Sakausējuma plastiskums un izturība nedaudz palielinās, bet izturība un cietība nedaudz samazinās. Turpmākajā novecošanas procesā metastabilās fāzes sadalīšanās un starpfāzes veidošanās dēļ sakausējuma cietība un izturība palielinās, bet plastiskums un izturība samazinās. Pieņemsim, ka β stabila elementa saturs titāna sakausējumā nav liels. Tādā gadījumā rūdīšana ir tāda, ka β fāze no ķermenī centrētas kubiskās režģa struktūras bīdes rezultātā transformējas heksagonālajā režģī, un šo pārsātināto cieto šķīdumu ar heksagonālo režģi sauc par heksagonālo martensītu α'. Ja β stabila elementa saturs titāna sakausējumā ir augsts, režģa bīdes pretestība ir liela. Dzesēšanas laikā metastablā fāze, ko veido β fāze no ķermencentrētas kubiskās režģa uz ortorhombisko martensītu α', novecošanas laikā sadalās, un α' → α + β, α' → α + β iegūst dispersas α un β fāzes, kā rezultātā rodas dispersijas pastiprināšanās efekts. Tas ir termiskās apstrādes nostiprināšanas pamatprincips (rūdīšanas un novecošanas nostiprināšana) lielākajai daļai titāna sakausējumu ar divām fāzēm. 

4.3 β titāna sakausējuma termiskā apstrāde 

β tipa titāna sakausējumu parasti izmanto cietā šķīduma stāvoklī + novecojoša termiskā apstrāde. Šo sakausējumu vispirms izšķīdina tuvu fāžu pārejas punktam un pēc tam pakļauj ilgstošai mākslīgai novecošanai zemākā temperatūrā. Pēc novecošanas apstrādes liels α fāzes daudzums izkliedējas sakausējuma mikrostruktūras β graudu robežās un graudu iekšienē, kam ir dispersijas nostiprināšanas nozīme un kas galu galā uzlabo sakausējuma stiprību un samazina sakausējuma plastiskumu. 
Autors: Zhang Lijun