Leghe di titanio beta: trattamento termico, struttura e proprietà

Le leghe di titanio beta contengono una quantità sufficiente di elementi stabilizzatori della fase beta da consentire il mantenimento di una fase beta significativa a temperatura ambiente. Offrono una bassa tensione di scorrimento, un'elevata temprabilità, formabilità a freddo e un'ottima risposta al trattamento di soluzionamento e all'invecchiamento. La loro densità e il costo di legerazione possono essere superiori rispetto alle leghe alfa-beta, e le leghe a beta stabile possono sacrificare la resistenza a favore della duttilità.

Stabilità beta e deformazione

Le leghe beta metastabili possono subire trasformazioni o precipitazioni durante la deformazione e il trattamento termico. A seconda della stabilità, le sollecitazioni o il raffreddamento possono dare origine a prodotti di tipo alfa-prime, alfa-doppio-prime o legati all’omega. L’aumento della stabilità beta modifica il meccanismo di deformazione attivo e la risposta tensione-deformazione in trazione.

Ricottura beta

La ricottura al di sopra del transus beta produce grani beta preesistenti equiassiali. La dimensione dei grani dipende dalla temperatura, dal tempo e dalla lavorazione precedente; i grani grossolani possono compromettere la duttilità e la resistenza alla fatica anche quando la tenacità alla frattura risulta migliorata.

Ricottura alfa-beta

La ricottura al di sotto del transus beta consente di mantenere l’alfa primario e di ricristallizzare il beta, affinando la struttura e bilanciando resistenza, duttilità e comportamento alla frattura.

Trattamento in soluzione e invecchiamento

La fase beta trattata in soluzione è relativamente morbida e malleabile. L'invecchiamento provoca la precipitazione di fase alfa fine all'interno della fase beta e determina la principale risposta di rafforzamento. L'invecchiamento in un unico stadio seleziona un percorso temperatura-tempo; temperature più basse aumentano generalmente la densità di nucleazione e affinano i precipitati, mentre temperature più elevate accelerano la crescita e l'ingrossamento.

L'invecchiamento in due fasi può generare un alfa a doppia scala. Una fase a bassa temperatura determina la formazione di nuclei fini o prodotti precursori, mentre una fase a temperatura più elevata sviluppa una distribuzione alfa più stabile. È necessario controllare la sequenza e la velocità di riscaldamento, poiché queste influenzano la nucleazione, le zone prive di precipitati e le dimensioni finali delle placche.

Variabili chiave relative all'invecchiamento

• Temperatura di invecchiamento: controlla la nucleazione alfa, la crescita, la frazione volumetrica e la spaziatura.
• Tempo di mantenimento: aumenta la resistenza, ma alla lunga può rendere l’alfa più grossolano e ridurre la duttilità.
• Velocità di riscaldamento: influisce sulle trasformazioni intermedie e sul numero di siti di nucleazione alfa.
• Deformazione precedente: introduce difetti e confini che favoriscono la nucleazione eterogenea.
• Dimensione e composizione dei grani beta: determinare la cinetica delle precipitazioni e l'uniformità delle proprietà finali.

Il trattamento ottimale garantisce un equilibrio tra limite di snervamento, duttilità a trazione, tenacità alla frattura, resistenza alla fatica e stabilità dimensionale. Una decisione in materia di approvvigionamento o certificazione deve comunque basarsi sulle specifiche applicabili relative alla lega e al prodotto, piuttosto che su una descrizione generica della microstruttura.