Το κράμα τιτανίου είναι ένα ελαφρύ, υψηλής αντοχής, ανθεκτικό στη διάβρωση δομικό υλικό, το οποίο έχει τα χαρακτηριστικά υψηλής ειδικής αντοχής, στενού εύρους θερμοκρασίας παραμόρφωσης, ισχυρής αντοχής στη διάβρωση, καλή βιοσυμβατότητα, μη τοξικό και μη μαγνητικό κ.λπ. χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδιαστημική, τη θαλάσσια μηχανική, το χημικό πετρέλαιο, την ιατρική πυρηνική ενέργεια και άλλους τομείς. Τα κράματα τιτανίου έχουν το τυπικό χαρακτηριστικό του αλλοτροπικού μετασχηματισμού και η χημική σύνθεση, η διαδικασία πλαστικής παραμόρφωσης και η μέθοδος θερμικής επεξεργασίας έχουν σημαντικό αντίκτυπο στη μικροδομή και τις μηχανικές τους ιδιότητες. Επί του παρόντος, μελετητές στο εσωτερικό και στο εξωτερικό έχουν πραγματοποιήσει πολλή έρευνα σχετικά με τη διαμόρφωση, την κατασκευή και τον έλεγχο απόδοσης προϊόντων από κράμα τιτανίου.
Μελετήθηκε η επίδραση της διαδικασίας γήρανσης διαλύματος στη μικροδομή και τις ιδιότητες της ράβδου Ti-6Al-6V-2Sn από κράμα τιτανίου και βελτιστοποιήθηκε η διαδικασία γήρανσης του διαλύματος. Οι Zhang Chenhui et al. συνέκρινε τις επιδράσεις της θερμοκρασίας θέρμανσης και των μεθόδων ψύξης στη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου όπως τα TA15, TC12 και TA31, και διερεύνησε τον μηχανισμό ρύθμισης του αριθμού των πρωταρχικών φάσεων στην αντοχή εφελκυσμού, την αντοχή αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία και σκληρότητα κρούσης κραμάτων τιτανίου. . Οι Arab et al. μελέτησε τη σχέση μεταξύ της μικροδομής και των μηχανικών ιδιοτήτων, δείχνοντας ότι η μαρτενσιτική δομή σβησμένο με νερό δείγμα έχει υψηλότερη σκληρότητα και η μικροδομή δύο καταστάσεων έχει καλή πλαστική παραμόρφωση και αντοχή.
Οι Sadeghpour et al. ανέπτυξε έναν νέο τύπο κράματος τιτανίου Ti-4Al-7Mo-3Cr-3V (Ti-4733) και οι μελέτες έχουν δείξει ότι η μικροδομή του Τα λεπτά ιζήματα που μοιάζουν με βελόνες εμφανίζουν υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό. Η έρευνα για τη διαμόρφωση, την κατασκευή και τον έλεγχο απόδοσης προϊόντων από κράμα τιτανίου έχει επιτύχει σταδιακά αποτελέσματα. Ωστόσο, τα κράματα τιτανίου δεν μπορούν να ανακρυσταλλωθούν μέσω αλλοτροπικού μετασχηματισμού για να επιτευχθεί εξευγενισμός κόκκων ωστενίτη όπως ο χάλυβας και απαιτείται πλαστική παραμόρφωση για να επιτευχθεί ο καθαρισμός των κόκκων. Προς το παρόν, εξακολουθούν να υπάρχουν βασικά τεχνικά προβλήματα όπως η δύσκολη παραμόρφωση υψηλής θερμοκρασίας, η ανώριμη τεχνολογία ελεγχόμενης έλασης και ελεγχόμενης ψύξης και η δύσκολη επεξεργασία των κόκκων. Ως εκ τούτου, είναι πολύ σημαντικό να διερευνηθεί η γενετική επίδραση της μακροσκοπικής πλαστικής παραμόρφωσης του προϊόντος στη ρύθμιση της απόδοσης του ιστού του προϊόντος. Σε αυτό το άρθρο, με βάση τις ράβδους ράβδου κράματος τιτανίου θερμής έλασης TC4 που ελήφθησαν με διαφορετικές τεχνικές έλασης, συγκρίθηκαν και αναλύθηκαν τα χαρακτηριστικά εξέλιξης της μικροδομής, οι αλλαγές μεγέθους κόκκων και οι μηχανικές ιδιότητες του κράματος υπό διαφορετικές συνθήκες θερμικής επεξεργασίας και οι επιδράσεις της μακροσκοπικής Η πλαστική παραμόρφωση και η θερμική επεξεργασία ανόπτησης στην εξέλιξη της μικροδομής του κράματος αποκαλύφθηκαν περαιτέρω. και μηχανικές ιδιότητες και παρέχουν μια θεωρητική βάση για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων διεργασίας για θερμή έλαση και θερμική επεξεργασία αυτού του τύπου ράβδων κράματος.
1 Υλικά και μέθοδοι δοκιμής
Υπάρχουν δύο είδη υλικών δοκιμής: TC4 πλάκα δύο κυλίνδρων, προδιαγραφή μεγέθους: φ15 mm×10 mm. TC4 πλάκα τριών κυλίνδρων, προδιαγραφή μεγέθους: ϕ12 mm×10 mm. Η χημική σύνθεση του κράματος φαίνεται στον Πίνακα 1. Το κράμα τιτανίου TC4 είναι ένα τυπικό κράμα συν, όπως φαίνεται στο Σχ. 1(α) και 1(β), η μικροσκοπική μορφολογία των μπιγιετών δύο και τριών κυλίνδρων, Όλα δείχνουν ίση κατανομή, λεπτή και ομοιόμορφη φάση και φάση, και το ισοαξονικό σχήμα του μπιγιέτας τριών κυλίνδρων είναι πιο σημαντικό. Αυτό οφείλεται κυρίως στη μεγάλη ποσότητα πλαστικής παραμόρφωσης στην έλαση τριών κυλίνδρων, τη συμπαγή βάση έλασης, την αργή πτώση θερμοκρασίας, την πλήρη παραμόρφωση κόκκων στην επιφάνεια της ράβδου, το κλάσμα δυναμικής ανακρυστάλλωσης που φτάνει σε κορεσμό και τις εξαρθρώσεις των ορίων κόκκων που αλλάζουν από ομοιόμορφα κατανεμημένες σε Η κατάσταση πολυγωνικής κατανομής προωθεί τον μετασχηματισμό των αρχικών κόκκων λωρίδας σε ισοαξονικούς κόκκους [10-14] και οι λεπτές και ισοαξονικές δομές είναι πιο εμφανείς.
Προκειμένου να διερευνηθούν περαιτέρω οι επιπτώσεις της θερμοκρασίας ανόπτησης, του ρυθμού ψύξης και της διαδικασίας παραμόρφωσης στην εξέλιξη της μικροδομής και στις μηχανικές ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου, διαμορφώθηκαν διαφορετικές διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας, όπως φαίνεται στον Πίνακα 2. Παρατηρήστε τα χαρακτηριστικά εξέλιξης μικροδομής του κράματος τιτανίου TC4 υπό Οπτικό μικροσκόπιο CX200E (OM) και ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης SEM3000S (SEM). Το διάλυμα διάβρωσης είναι το Kroll etchant, το οποίο είναι ένα ειδικό χαρακτικό για το σημείο μετατροπής του κράματος τιτανίου: 3 τοις εκατό HF συν 6 τοις εκατό HNO3 συν 91 τοις εκατό H2O. Χρησιμοποιήστε την ανάλυση εικόνας ImageJ για να υπολογίσετε το μέσο μέγεθος κόκκων και την αναλογία επιφάνειας της μικροδομής και να εξερευνήσετε τα χαρακτηριστικά αλλαγής του μεγέθους των κόκκων. πραγματοποιήστε δοκιμές εφελκυσμού σε μια ηλεκτρονική μηχανή δοκιμών υλικών γενικής χρήσης WDW-200 ελεγχόμενη από υπολογιστή και λάβετε την αντοχή του δείγματος (αντοχή εφελκυσμού, αντοχή διαρροής) και τον πλαστικό δείκτη (επιμήκυνση, μείωση επιφάνειας). και δοκιμή σκληρότητας πραγματοποιήθηκε στον ελεγκτή μικροσκληρότητας HX-1000TM/LCD, το φορτίο φόρτωσης ήταν 1 N, ο χρόνος φόρτωσης ήταν 10 δευτερόλεπτα και 5 Η μέση τιμή των μετρήσεων λήφθηκε για να ληφθεί η σκληρότητα Vickers το δείγμα.
2 Αποτελέσματα και συζήτηση
2.1 Επίδραση της θερμοκρασίας ανόπτησης στη μικροδομή και το μέγεθος των κόκκων
Με βάση το κράμα τιτανίου TC4 έλασης δύο κυλίνδρων, διαμορφώθηκαν πέντε διαφορετικές θερμοκρασίες ανόπτησης και θερμάνθηκαν στους 850, 900, 950, 1000 και 1050 βαθμούς με τον κλίβανο, που αντιστοιχούν στα δείγματα 1-5. Μετά την ανόπτηση του τυφλού σε 850 και 900 μοίρες, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2(α) και 2(β), το μέγεθος των κόκκων της φάσης αυξήθηκε και ήταν ελλειπτικό, και το συνολικό σχήμα συμμορφώθηκε με τα χαρακτηριστικά της ισοαξονικής μικροδομής, συμπεριλαμβανομένου του ισοαξονικού πρωτογενής Ταυτόχρονα, παρατηρήστε τα σχετικά δεδομένα των κόκκων φάσης, όπως φαίνεται στο Σχ. 2(f), σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ανόπτησης, η αναλογία της επιφάνειας φάσης αυξάνεται σημαντικά, υποδεικνύοντας ότι η δομή έχει μετατραπεί σε περισσότερο άλφα φάση. Μετά την ανόπτηση στους 950 βαθμούς, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2(γ), η μικροδομή περιλαμβάνει μια τυπική δομή διπλής κατάστασης ισοαξονισμένης πρωτογενούς φάσης, φάσης που μοιάζει με βελόνα και φάση μετάβασης. Η δομή διπλής κατάστασης έχει καλές ιδιότητες εφελκυσμού και υψηλή αντοχή στη θραύση και χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης ρωγμών κόπωσης. Ταυτόχρονα, το μέσο μέγεθος των κόκκων φάσης δεν αλλάζει σχεδόν καθόλου, ενώ η αναλογία επιφάνειας μειώνεται. Μετά την ανόπτηση στους 1000 και 1050 μοίρες, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2(δ) και 2(ε), το αρχικό όριο κόκκων είναι πεδίο δέσμης και η φάση κατανέμεται μεταξύ των φάσεων, δείχνοντας τα χαρακτηριστικά της δομής Widmanstatten. Σε σύγκριση με τη δομή δύο καταστάσεων, η δομή Widmanstatten έχει χαμηλότερη πλαστικότητα. σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ανόπτησης, το μέσο μέγεθος των κόκκων φάσης αυξάνεται γρηγορότερα και η αναλογία επιφάνειας σχεδόν δεν αλλάζει, υποδεικνύοντας ότι μετά το σημείο μετάβασης φάσης TC4, με την αύξηση της θερμοκρασίας ανόπτησης
2. 2 Επίδραση της διαδικασίας παραμόρφωσης και του ρυθμού ψύξης στη μικροδομή και το μέγεθος των κόκκων
Βασισμένο σε κράματα τιτανίου TC4 έλασης δύο κυλίνδρων και έλασης τριών κυλίνδρων, τα αποτελέσματα διαφορετικών διεργασιών παραμόρφωσης (συνεχής έλαση δύο κυλίνδρων, συνεχής έλαση τριών κυλίνδρων) και ρυθμών ψύξης (ψύξη νερού, ψύξη αέρα και ψύξη κλιβάνου) στη μικροδομή Μελετήθηκαν κράματα σε θερμοκρασία συγκράτησης 950 μοιρών. Επιρροή δομής και μεγέθους κόκκου. Τα κράματα έλασης δύο κυλίνδρων αντιστοιχούν στα δείγματα 6, 3 και 7 και τα κράματα έλασης τριών κυλίνδρων αντιστοιχούν στα δείγματα 13-15. Για πλάκες δύο κυλίνδρων, μετά την επεξεργασία υδρόψυξης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3(α), ο ρυθμός ψύξης είναι γρήγορος και η κατακρήμνιση φάσης δεν μπορεί να προχωρήσει εγκαίρως, αλλά ο μετασχηματισμός της δομής του πλέγματος θα συμβεί και τα ιζήματα έχουν ίδια σύνθεση με την αρχική φάση αλλά διαφορετικές δομές πλέγματος. Μαρτενσιτική φάση, η δομή παρουσιάζει μια μικτή δομή ισοαξονικής φάσης, μαρτενσίτης ′, ″ μήτρας και μετασχηματισμένης φάσης. Μετά την επεξεργασία με ψύξη αέρα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3(β), η δομή περιλαμβάνει την ισοαξονική πρωτογενή φάση και την οξοειδή φάση που κατακρημνίζεται στη φάση μετάβασης. Μετά την ψύξη του κλιβάνου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3(γ), η φάση θα καταβυθιστεί κατά μήκος της γραμμής μετάβασης φάσης, η φάση θα καταβυθιστεί σχετικά πλήρως και η φάση θα συγκεντρωθεί μεταξύ των φάσεων. Η δομή περιλαμβάνει ισοαξονική φάση και φάση μεταξύ ισοαξονικής φάσης. Για τα μπιγιέτα τριών κυλίνδρων, οι μικροδομές των δειγμάτων μετά από διαφορετικούς ρυθμούς ψύξης φαίνονται στο Σχ. 3(δ), 3(ε) και 3(στ). Η σύνθεση φάσεων των πλακών δύο κυλίνδρων με την ίδια μέθοδο ψύξης είναι βασικά η ίδια. Αξίζει να σημειωθεί ότι μετά τη θερμική επεξεργασία της πλάκας τριών κυλίνδρων, η ισοαξονική φάση, η μήτρα μαρτενσίτης ′, ″ και το μέγεθος κόκκου της βελονικής φάσης είναι μικρότερα. Ταυτόχρονα, παρατηρώντας το σχήμα 4, η αναλογία επιφάνειας και το μέσο μέγεθος της φάσης του κράματος θερμής έλασης τριών κυλίνδρων είναι χαμηλότερα από εκείνα του κράματος θερμής έλασης δύο κυλίνδρων. Αυτό αποδίδεται κυρίως στο γεγονός ότι η θερμή έλαση τριών κυλίνδρων μπορεί να επιτύχει μεγάλη πλαστική παραμόρφωση σε σύντομο χρονικό διάστημα, αναγκάζοντας τη βελτίωση των κόκκων. Ταυτόχρονα, μελέτες έχουν δείξει ότι οι κόκκοι φάσης μπορούν να εμποδίσουν αποτελεσματικά την ανάπτυξη των κενών παραμόρφωσης εφελκυσμού που σχηματίζονται στη διεπιφάνεια μεταξύ της ισοαξονικής φάσης και της διαξονικής φάσης, και όσο μικρότερο είναι το μέγεθος κόκκου της κύριας φάσης. τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση των κενών κατά τη διαδικασία διαστολής. Όσο περισσότερα στρώματα, προάγουν το κράμα να αποκτήσει μεγαλύτερη ολκιμότητα εφελκυσμού και αντοχή σε διαρροή από 2. 3 Ανόπτηση και γήρανση στη μικροδομή του κράματος. Το Σχ. 5 δείχνει τη μικροδομή των δειγμάτων 10, 11, 12 και 16 μετά από επεξεργασία ανόπτησης και γήρανσης, και η επάνω δεξιά απεικόνιση στο Σχ. 5 δείχνει τη μικροδομή των δειγμάτων 8, 9, 6 και 13. Όπως φαίνεται στο ένθετο του Σχ. 5, οι μικροδομές των πλακών δύο και τριών κυλίνδρων μετά από επεξεργασία ανόπτησης και ψύξης με νερό περιλαμβάνουν την πρωτογενή ισοαξονική φάση, τη φάση μαρτενσίτη ′, ″ και τη μετασταθερή φάση. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) στα δείγματα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6(α), υπάρχουν μαρτενσιτικές φάσεις ′ και ″ στη μικροδομή των ράβδων TC4 υπό διαφορετικές διεργασίες παραμόρφωσης και θερμοκρασίες ανόπτησης. ; ειδικά όταν η θερμοκρασία ανόπτησης είναι 950 μοίρες, υπάρχουν περισσότερες φάσεις ′ και ″ στο κράμα billet τριών κυλίνδρων. Τα σχετικά ερευνητικά δεδομένα δείχνουν ότι όσο πιο κοντά είναι η θερμοκρασία ανόπτησης στη θερμοκρασία μετάπτωσης φάσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η πλαστική παραμόρφωση, τόσο πιο ευνοϊκή είναι η μετασταθερή κατακρήμνιση Φάσης. και η φάση μαρτενσίτη ′, ″ και η μετασταθερή φάση που λαμβάνονται με ανόπτηση αποσυντίθενται εύκολα σε διασπαρμένη φάση ή φάση στην επακόλουθη διαδικασία γήρανσης για να επιτευχθεί ενίσχυση του κράματος.
Μπορεί επίσης να φανεί από το Σχ. 5 ότι μετά την επεξεργασία γήρανσης, τα δείγματα 10 και 16 είναι ισοαξονισμένη φάση και φάση που περιέχει μήτρα μετάβασης. Τα δείγματα 11 και 12 είναι ισοαξονισμένη πρωτογενής φάση και μήτρα μετάπτωσης που περιέχει βελονοειδή φάση. Μεταμορφώστε το υπόστρωμα. Περαιτέρω παρατήρηση των χαρακτηριστικών αλλαγής δεδομένων στο Σχήμα 6(β) δείχνει ότι μετά την ανόπτηση και γήρανση του μπιγιέτα τριών κυλίνδρων (δείγμα 16.950 μοίρες × 60 λεπτά, WQ συν 540 μοίρες × 360 λεπτά, AC), το μέσο μέγεθος των κόκκων φάσης είναι 33,162μm , που είναι 18,28 τοις εκατό χαμηλότερο από αυτό της μπιγιέτας δύο κυλίνδρων που έχει υποστεί επεξεργασία υπό τις ίδιες συνθήκες (δείγμα 12). Η μεγάλη μείωση του μεγέθους των κόκκων της φάσης είναι ευεργετική για τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων του κράματος και τη φόρτωση των μηχανικών μερών.
2.4 Επιδράσεις της διαδικασίας παραμόρφωσης και της διαδικασίας θερμικής επεξεργασίας στις μηχανικές ιδιότητες Τα δείγματα 1, 2, 9, 11 και 17 επιλέχθηκαν για δοκιμή μηχανικών ιδιοτήτων και τα αποτελέσματα φαίνονται στο σχήμα 7. Συγκρίνοντας τα δείγματα 1, 2 και 9, η ίδια διαδικασία παραμόρφωσης Οι ράβδοι TC4 ανόπτονται και υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία. Καθώς η θερμοκρασία ανόπτησης αυξάνεται και ο ρυθμός ψύξης επιταχύνεται, η αντοχή και η σκληρότητα του κράματος αυξάνονται και η πλαστικότητα μειώνεται. Συγκρίνοντας τα δείγματα 9 και 11, μετά την επεξεργασία ανόπτησης και γήρανσης, η αντοχή του κράματος μειώνεται, αλλά η πλαστικότητα και η σκληρότητα αυξάνονται. Συγκρίνοντας τα δείγματα 11 και 17, οι ράβδοι TC4 με διαφορετικές διεργασίες παραμόρφωσης υιοθετούν την ίδια μέθοδο θερμικής επεξεργασίας και το κράμα θερμής έλασης τριών κυλίνδρων έχει υψηλότερη αντοχή (Rel{{0}}MPa, R m{{ 21}}MPa), πλαστικότητα (A=14.2 τοις εκατό , Z=41. 2 τοις εκατό ) και σκληρότητα (583,04 HV), ο λόγος απόδοσης είναι τόσο υψηλός όσο 0. 966.
3 Συμπέρασμα
1) Η διαδικασία θερμικής επεξεργασίας έχει σημαντικό αντίκτυπο στη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες του κράματος τιτανίου TC4. Μετά την ανόπτηση της πλάκας στις 950 μοίρες, μπορεί να ληφθεί μια τυπική δομή δύο καταστάσεων. Η δομή δύο καταστάσεων έχει καλύτερες ιδιότητες εφελκυσμού και υψηλότερη αντοχή σε θραύση. Ανθεκτικότητα και χαμηλότερος ρυθμός ανάπτυξης ρωγμών κόπωσης, καθώς η θερμοκρασία ανόπτησης αυξάνεται και ο ρυθμός ψύξης επιταχύνεται, η αντοχή του κράματος τιτανίου TC4 αυξάνεται, η σκληρότητα αυξάνεται και η πλαστικότητα μειώνεται.
2) Με βάση την έρευνα θερμικής επεξεργασίας των κραμάτων τιτανίου που βασίζονται σε διαφορετικές διεργασίες παραμόρφωσης, διαπιστώθηκε ότι όσο μεγαλύτερη είναι η πλαστική παραμόρφωση του μπιγιέτα τριών κυλίνδρων, τόσο πιο ευνοϊκό για την καθίζηση μετασταθερών φάσεων και οι φάσεις ′ και ″ αυξάνονται σημαντικά μετά την ανόπτηση, η οποία προάγει τη δημιουργία περισσότερων φάσεων κατά τη διαδικασία γήρανσης. Η μετασταθερή φάση αποσυντίθεται, γεγονός που ευνοεί την ενίσχυση της διασποράς. και το μέγεθος των κόκκων της φάσης μειώνεται σημαντικά, και όσο περισσότερα κενά συναντούν φραγμούς κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διαστολής και επιτυγχάνεται μεγαλύτερη ελαστικότητα σε εφελκυσμό. 3) Από την άποψη της πρακτικής εφαρμογής του κράματος τιτανίου TC4 Λαμβάνοντας υπόψη ότι η αναλογία αντοχής διαρροής της μπιγιέτας τριών κυλίνδρων μετά την ανόπτηση και την επεξεργασία γήρανσης μπορεί να φτάσει τα 0.966, που είναι πολύ υψηλότερα από αυτή της συνηθισμένης έλασης. φορτωμένος.
