Wussten Sie? In Umgebungen mit extrem niedrigen Temperaturen unter -80 Grad gibt es eine Geheimwaffe zur Verbesserung der Leistung von Titanlegierungen – die kryogene Behandlung. Diese Technologie ist wie ein magischer „Materialzauberer“, der mithilfe spezifischer Prozesse einen qualitativen Sprung in den Eigenschaften von Titanlegierungen erzielt.
Die Geschichte der kryogenen Behandlung lässt sich bis ins Jahr 1939 zurückverfolgen, als die ehemalige Sowjetunion den Einsatz von flüssigem Stickstoff als Kältemittel für die Kühlbehandlung einführte und gute Ergebnisse erzielte. Bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts hatten die Vereinigten Staaten die Technologie in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt industrialisiert und sie schrittweise auf den Bereich der mechanischen Bearbeitung ausgeweitet. Heutzutage haben viele amerikanische Unternehmen, die sich auf die kryogene Verarbeitung spezialisiert haben, in der Praxis bewiesen, dass die kryogene Behandlung die Lebensdauer von Materialien effektiv verlängern kann. Die ehemalige Sowjetunion entwickelte auch häufig verwendete neue Niedertemperatur-Titanlegierungen wie OT4 und BT5-1, indem sie den Anteil der Elemente in Titanlegierungen anpasste.
Welche genauen Auswirkungen hat die kryogene Behandlung auf Titanlegierungen? Zahlreiche Studien haben Antworten geliefert.
In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften haben Studien ergeben, dass die Plastizität der TC4-Titanlegierung nach einer tiefen kryogenen Behandlung deutlich zunimmt. Nach 24-stündiger und 36-stündiger Behandlung vergrößerte sich der Bereich der gleichmäßigen plastischen Verformung um 5 % bzw. 8,3 %, was auf die Reduzierung der Phase in der Legierung nach der Verformung zurückzuführen ist.
Bei Werkzeugstahl und Edelstahl sind die Auswirkungen der kryogenen Behandlung ebenfalls erheblich. Untersuchungen von Masayoshi Yamamura zeigen, dass die Verschleißfestigkeit von Werkzeugstahl nach einer kryogenen Behandlung deutlich verbessert wird, wobei -180 Grad die besten Ergebnisse liefert; Shinjiro Kishigami stellte fest, dass die Schlagfestigkeit und Verschleißfestigkeit von Edelstahl umso höher ist, je niedriger die kryogene Behandlungstemperatur ist.
Obwohl unser Land relativ spät mit der Erforschung und Anwendung der kryogenen Behandlung begonnen hat und entsprechende Mechanismusstudien erst in den 1980er Jahren begannen, wurden in den letzten Jahren erhebliche Erfolge erzielt:
1. Nach einer tiefen kryogenen Behandlung von Titanlegierungen nimmt die Wärmeleitfähigkeit mit steigender Temperatur zunächst ab und steigt dann an, während der Wärmeausdehnungskoeffizient zunächst zunimmt und dann abnimmt.
2. Nach 12 Stunden kryogener Behandlung wird die Oberflächenrauheit von Titanlegierungsproben minimiert, die Mikrohärte erreicht den höchsten Wert und mit längerer Behandlungszeit wandelt sich die Phase in die Phase um, was zu einer gleichmäßigeren und dichteren Mikrostruktur führt.
3. Untersuchungen an der Titanlegierung TC4 zeigen, dass bei längerer kryogener Behandlung die Korngröße allmählich abnimmt. Nach 12 Stunden Behandlung sind die mechanischen Eigenschaften insgesamt optimal, nach 24 Stunden sind Festigkeit und Härte jedoch geringer als nach 12 Stunden; daher sollte die Behandlungsdauer 12 Stunden nicht überschreiten.
4. Nach der kryogenen Behandlung der TC4-Titanlegierung gibt es im Inneren eine große Menge an Versetzungsstrukturen und die Mikrohärte der Oberfläche nimmt mit längerer Behandlungszeit zu.
Diese „Niedrigtemperaturmagie“ der tiefen kryogenen Behandlung erschließt kontinuierlich das Potenzial von Titanlegierungen und ebnet den Weg für ihre Anwendung in weiteren Bereichen, und man geht davon aus, dass sie in Zukunft noch mehr Überraschungen bringen wird!
