Titaanisulam on kerge, kõrge tugevusega, korrosioonikindel konstruktsioonimaterjal, millel on kõrge eritugevus, kitsas deformatsioonitemperatuuri vahemik, tugev korrosioonikindlus, hea biosobivus, mittetoksiline ja mittemagnetiline jne, nii et see on kasutatakse laialdaselt lennunduses, meretehnikas, naftakeemias, meditsiinilises tuumaenergias ja muudes valdkondades. Titaanisulamitel on tüüpiline allotroopne muundumine ning keemiline koostis, plastiline deformatsiooniprotsess ja kuumtöötlusmeetod mõjutavad oluliselt nende mikrostruktuuri ja mehaanilisi omadusi. Praegu on teadlased kodu- ja välismaal läbi viinud palju uuringuid titaanisulamist toodete moodustamise, valmistamise ja jõudluse kontrolli kohta.
Uuriti lahuse vananemisprotsessi mõju Ti-6Al-6V-2Sn-titaanisulamist varda mikrostruktuurile ja omadustele ning optimeeriti lahuse vananemisprotsessi. Zhang Chenhui et al. võrdles kuumutamistemperatuuri ja jahutusmeetodite mõju titaanisulamite nagu TA15, TC12 ja TA31 mikrostruktuurile ja mehaanilistele omadustele ning uuris primaarsete faaside arvu reguleerimise mehhanismi tõmbetugevusele, kõrgel temperatuuril vastupidavusele ja titaanisulamite löögikindlus. . Arab jt. uuris mikrostruktuuri ja mehaaniliste omaduste vahelist seost, näidates, et martensiitstruktuuriga vesikarastatud proovil on suurem kõvadus ning kahe olekuga mikrostruktuuril on hea plastiline deformatsioon ja tugevus.
Sadeghpour et al. töötas välja uut tüüpi -titaanisulami Ti-4Al-7Mo-3Cr-3V (Ti-4733) ja uuringud on näidanud, et peentel nõelalaadsetel sadetel on suurem tõmbetugevus. Titaanisulamist toodete vormimist, tootmist ja jõudluse kontrolli käsitlevad uuringud on saavutanud järkjärgulisi tulemusi. Titaanisulameid ei saa aga allotroopse muundamise kaudu ümber kristallida, et saavutada austeniidi tera rafineeritumine, nagu teras, ja tera rafineerimiseks on vaja plastilist deformatsiooni. Praegu on endiselt olulisi tehnilisi probleeme, nagu raske deformatsioon kõrgel temperatuuril, ebaküps kontrollitud valtsimis- ja kontrollitud jahutustehnoloogia ning keeruline teravilja rafineerimine. Seetõttu on väga oluline uurida toote makroskoopilise plastilise deformatsiooni geneetilist mõju toote kudede toimivuse reguleerimisele. Käesolevas töös võrreldi ja analüüsiti erinevate valtsimistehnikate abil saadud kuumvaltsitud TC4 titaanisulamist varraste toorikute mikrostruktuuri evolutsiooni karakteristikuid, tera suuruse muutusi ja sulami mehaanilisi omadusi erinevates kuumtöötlemistingimustes ning makroskoopilise mõju mõju. Lisaks selgus sulami mikrostruktuuri arengu plastiline deformatsioon ja lõõmutamise kuumtöötlus. ja mehaanilised omadused ning loovad teoreetilise aluse seda tüüpi legeervardade kuumvaltsimise ja kuumtöötlemise protsessiparameetrite optimeerimiseks.
1 Katsematerjalid ja -meetodid
Katsematerjale on kahte tüüpi: TC4 kahe rulliga plaat, suuruse spetsifikatsioon: ϕ15 mm × 10 mm; TC4 kolmerulliline plaat, suuruse spetsifikatsioon: ϕ12 mm×10 mm. Sulami keemiline koostis on näidatud tabelis 1. TC4 titaanisulam on tüüpiline plusssulam, nagu on näidatud joonistel 1(a) ja 1(b), kahe- ja kolmerulliliste tooriku mikroskoopiline morfoloogia, kõigil on võrdne jaotus, peen ja ühtlane faas ja faas ning kolmerullilise tooriku võrdseteljeline kuju on olulisem. See on peamiselt tingitud suurest plastilisest deformatsioonist kolmerullilises valtsimises, kompaktses valtsimisaluses, aeglases temperatuuri languses, täielikus tera deformatsioonis varda pinnal, dünaamilise ümberkristallimise fraktsioonis, mis jõuab küllastumiseni, ja terade piiride nihketest, mis muutuvad ühtlaselt jaotunud Hulknurkse jaotuse olek soodustab algsete ribaterade muutumist võrdseteljelisteks teradeks [10-14] ning peen- ja võrdseteljelised struktuurid on ilmsemad.
Et täiendavalt uurida lõõmutamistemperatuuri, jahutuskiiruse ja deformatsiooniprotsessi mõju titaanisulamite mikrostruktuuri arengule ja mehaanilistele omadustele, koostati erinevad kuumtöötlusprotsessid, nagu on näidatud tabelis 2. Jälgige titaanisulami TC4 mikrostruktuuri evolutsiooni karakteristikuid allpool. Optiline mikroskoop CX200E (OM) ja skaneeriv elektronmikroskoop SEM3000S (SEM). Korrosioonilahus on Kroll söövitusaine, mis on spetsiaalne söövitusaine titaanisulami muundumispunkti jaoks: 3 protsenti HF pluss 6 protsenti HNO3 pluss 91 protsenti H2O; kasutada ImageJ kujutise analüüsi mikrostruktuuri keskmise tera suuruse ja pindala suhte arvutamiseks ning tera suuruse muutumisomaduste uurimiseks; viia läbi tõmbekatseid WDW-200 arvutiga juhitava elektroonilise universaalse materjali testimismasinaga ning saada proovi tugevus (tõmbetugevus, voolavuspiir) ja plastiline indeks (pikenemine, pindala vähenemine); ja kõvaduse test viidi läbi HX-1000TM/LCD mikrokõvaduse testeriga, laadimiskoormus oli 1 N, laadimisaeg 10 s ja 5 Vickersi kõvaduse saamiseks võeti mõõtmiste keskmine väärtus. proovi.
2 Tulemused ja arutelu
2.1 Lõõmutustemperatuuri mõju mikrostruktuurile ja tera suurusele
Kahe rulliga valtsitud TC4 titaanisulami põhjal koostati viis erinevat lõõmutamistemperatuuri ja kuumutati ahjuga 850, 900, 950, 1000 ja 1050 kraadini, mis vastab näidistele 1-5. Pärast tooriku lõõmutamist 850 ja 900 kraadi juures, nagu on näidatud joonistel fig 2(a) ja 2(b), suurenes faasi tera suurus ja oli elliptiline ning üldine kuju vastas võrdseteljelise mikrostruktuuri omadustele, kaasa arvatud samateljelised. esmane Samal ajal jälgige -faasi terade asjakohaseid andmeid, nagu on näidatud joonisel 2(f), selles temperatuurivahemikus, kui lõõmutamistemperatuur tõuseb, suureneb -faasi pindala osakaal oluliselt, mis näitab, et -struktuur on muutunud More alfa faasiks. Pärast 950-kraadist lõõmutamist, nagu on näidatud joonisel fig 2(c), sisaldab mikrostruktuur tüüpilist kaheolekulist struktuuri, mis koosneb võrdse teljega primaarsest faasist, nõelalaadsest faasist ja üleminekufaasist. Kaheolekulisel struktuuril on head tõmbeomadused ja suur murdumiskindlus ning väiksem väsimuspragude kasvumäär; samal ajal -faasiliste terade keskmine suurus peaaegu ei muutu, samas kui pindalasuhe väheneb. Pärast lõõmutamist 1000 ja 1050 kraadi juures, nagu on näidatud joonistel 2(d) ja 2(e), on algne terade piir kimbu domeen ja faas jaotatakse faaside vahel, näidates Widmanstatteni struktuuri omadusi. Võrreldes kahe oleku struktuuriga on Widmanstatteni struktuuril madalam plastilisus; selles temperatuurivahemikus, kui lõõmutamistemperatuur tõuseb, kasvab -faasiliste terade keskmine suurus kiiremini ja pindala suhe peaaegu ei muutu, mis näitab, et pärast TC4 faasisiirdepunkti , koos lõõmutustemperatuuri tõusuga
2. 2 Deformatsiooniprotsessi ja jahutuskiiruse mõju mikrostruktuurile ja tera suurusele
Kahe rulli ja kolme rulliga valtsitud TC4 titaanisulamitel põhinev erinevate deformatsiooniprotsesside (kahe rulli pidev valtsimine, kolme rulli pidev valtsimine) ja jahutuskiiruste (vesijahutus, õhkjahutus ja ahju jahutamine) mõju mikrostruktuurile uuriti sulamite kogust hoidetemperatuuril 950 kraadi. Struktuuri ja tera suuruse mõju. Kahe rulliga valtsitud sulamid vastavad näidistele 6, 3 ja 7 ning kolme rulliga valtssulamid vastavad näidistele 13-15. Kaherulliliste plaatide puhul on pärast vesijahutusega töötlemist, nagu on näidatud joonisel 3(a), jahutuskiirus kiire ja -faasiline sadestumine ei saa toimuda õigeaegselt, kuid toimub võre struktuuri muundumine ja sadetel on sama koostis kui algsel -faasil, kuid erinevad võrestruktuurid. Martensiitfaas, struktuur kujutab endast segastruktuuri, mis koosneb võrdseteljelistel faasidel, martensiidi ', ' maatriksist ja transformeeritud faasist. Pärast õhkjahutusega töötlemist, nagu on näidatud joonisel fig 3 (b), sisaldab struktuur ühtlast primaarset faasi ja üleminekufaasis sadestunud nõelafaasi. Pärast ahju jahutamist, nagu on näidatud joonisel 3(c), sadestub faas piki faasisiirdejoont, faas sadestub suhteliselt täielikult ja faas koguneb faaside vahele. Struktuur sisaldab ühtlustatud faasi ja faaside vahelist faasi. Kolmerulliliste toorikute puhul on proovide mikrostruktuurid pärast erinevat jahutuskiirust näidatud joonistel 3(d), 3(e) ja 3(f). Sama jahutusmeetodiga kaherulliliste plaatide faasikoostis on põhimõtteliselt sama. Väärib märkimist, et pärast kolmerullilise plaadi kuumtöötlemist on võrdseteljeliste faaside, martensiidi ′, ″ maatriksi ja nõelfaasi tera suurus väiksemad . Samal ajal, vaadeldes joonist fig 4, on kolme rulliga kuumvaltsitud sulami pindala ja faasi keskmine suurus madalam kui kahe rulliga kuumvaltsitud sulami omadel. See on peamiselt tingitud asjaolust, et kolme rulliga kuumvaltsimine võib lühikese aja jooksul saavutada suuri plastilisi deformatsioone, mis sunnivad tera viimistlema. Samal ajal on uuringud näidanud, et -faasi terad võivad tõhusalt takistada võrdseteljelise faasi ja transaksiaalse faasi liidesel tekkivate tõmbedeformatsiooni tühimike kasvu ning mida väiksem on primaarse faasi tera suurus, seda suurem on tühimike takistus paisumisprotsessi ajal. Mida rohkem kihte, soodustab sulamit, et saavutada suurem tõmbe elastsus ja voolavuspiir kui 2. 3 Sulami mikrostruktuuri lõõmutamine ja vanandamine. Joonisel fig 5 on näidatud proovide 10, 11, 12 ja 16 mikrostruktuur pärast lõõmutamist ja vanandamist ning ülemine parempoolne joonis joonisel 5 näitab proovide 8, 9, 6 ja 13 mikrostruktuuri. Nagu on näidatud joonise fig 5 vahetükil, hõlmavad kahe- ja kolmerulliliste plaatide mikrostruktuurid pärast lõõmutamist ja vesijahutusega töötlemist primaarset ühtlast faasi, martensiidi ′, ″ faasi ja metastabiilset faasi. Proovidega viidi läbi röntgendifraktsiooni (XRD) analüüs, nagu on näidatud joonisel 6(a), TC4 varraste mikrostruktuuris on martensiitsed ′ ja ″ faasid erinevate deformatsiooniprotsesside ja anniilimistemperatuuride korral. ; eriti kui lõõmutamistemperatuur on 950 kraadi, on kolme rulliga toorikusulamis rohkem "ja" faase. Vastavad uurimisandmed näitavad, et mida lähemal on lõõmutamistemperatuur faasisiirdetemperatuurile, seda suurem on plastiline deformatsioon, seda soodsam on metastabiilne faasisade; ja lõõmutamise teel saadud martensiidi ', ' faas ja metastabiilne faas lagunevad kergesti hajutatud faasiks või faasiks järgnevas vananemisprotsessis, et saavutada sulami tugevdamine.
Samuti on näha jooniselt fig 5, et pärast vanandamistöötlust on proovid 10 ja 16 võrdse faasi ja üleminekumaatriksi sisaldava faasi; proovid 11 ja 12 on võrdse tasapinnaga primaarne faas ja siirdemaatriks, mis sisaldab nõelafaasi. Muutke substraat. Andmete muutumise karakteristikute täiendav jälgimine joonisel 6 (b) näitab, et pärast kolme rulli tooriku lõõmutamist ja vanandamist (proov 16 950 kraadi × 60 min, WQ pluss 540 kraadi × 360 min, vahelduvvool) on faaside terade keskmine suurus. on 33,162 μm , mis on 18,28 protsenti madalam kui samadel tingimustel töödeldud kahe rulliga tooriku oma (proov 12); faasi tera suuruse suur vähenemine on kasulik sulami mehaaniliste omaduste parandamiseks ja mehaaniliste osade koormamiseks.
2.4 Deformatsiooniprotsessi ja kuumtöötlemisprotsessi mõju mehaanilistele omadustele Mehaaniliste omaduste testimiseks valiti proovid 1, 2, 9, 11 ja 17, mille tulemused on toodud joonisel 7. Proovide 1, 2 ja 9 võrdlemisel sama deformatsiooniprotsess TC4 vardad on lõõmutatud ja kuumtöödeldud. Lõõmutustemperatuuri tõustes ja jahutuskiiruse kiirenedes sulami tugevus ja kõvadus suurenevad ning plastilisus väheneb. Kui võrrelda proove 9 ja 11, siis pärast lõõmutamist ja vanandamist väheneb sulami tugevus, kuid suureneb plastilisus ja kõvadus. Kui võrrelda proove 11 ja 17, siis erineva deformatsiooniprotsessiga TC4 vardad kasutavad sama kuumtöötlusmeetodit ja kolme rulli kuumvaltsitud sulami tugevus on suurem (Rel{{20}}MPa, R m{{ 21}}MPa), plastilisust (A=14,2 protsenti, Z=41. 2 protsenti) ja kõvadust (583,04HV), on saagisuste suhe koguni 0,966.
3 Järeldus
1) Kuumtöötlusprotsessil on oluline mõju TC4 titaanisulami mikrostruktuurile ja mehaanilistele omadustele. Pärast plaadi lõõmutamist 950 kraadi juures on võimalik saada tüüpiline kahe oleku struktuur. Kahe olekuga struktuuril on paremad tõmbeomadused ja suurem purunemistugevus. Tugevus ja väiksem väsimuspragude kasvukiirus, kuna lõõmutamistemperatuur tõuseb ja jahutuskiirus kiireneb, suureneb TC4 titaanisulami tugevus, suureneb kõvadus ja väheneb plastilisus;
2) Erinevatel deformatsiooniprotsessidel põhinevate titaanisulamite kuumtöötlemise uuringutele tuginedes leiti, et mida suurem on kolmerullilise tooriku plastiline deformatsioon, seda soodsam on metastabiilsete faaside sadenemine ning faasid ′ ja ″ suurenevad. märkimisväärselt pärast lõõmutamist, mis soodustab vananemisprotsessi käigus rohkemate faaside teket. Metastabiilne faas laguneb, mis soodustab dispersiooni tugevnemist; ja faasi tera suurus väheneb oluliselt ning mida rohkem tühimikke puutub paisumisprotsessi ajal kokku takistustega, ning saavutatakse suurem tõmbe elastsus; 3) TC4 titaanisulami praktilise kasutamise vaatenurgast Arvestades, et kolme rulliga tooriku voolavuspiiri suhe pärast lõõmutamist ja vanandamist võib ulatuda 0,966-ni, mis on palju suurem kui tavalise valtsimise puhul. laetud.
