Titanijum legura je lagan, čvrst, otporan na koroziju konstrukcijski materijal, koji ima karakteristike visoke specifične čvrstoće, uskog temperaturnog raspona deformacije, jake otpornosti na koroziju, dobre biokompatibilnosti, netoksičnosti i nemagnetnosti, itd. široko se koristi u svemirskom, pomorskom inženjerstvu, kemijskoj nafti, medicinskoj nuklearnoj energiji i drugim poljima. Titanijumske legure imaju tipičnu karakteristiku alotropske transformacije, a hemijski sastav, proces plastične deformacije i način termičke obrade imaju značajan uticaj na njihovu mikrostrukturu i mehanička svojstva. Trenutno su naučnici u zemlji i inostranstvu sproveli mnoga istraživanja o formiranju, proizvodnji i kontroli performansi proizvoda od legura titanijuma.
Proučavan je uticaj procesa starenja otopine na mikrostrukturu i svojstva Ti-6Al-6V-2Sn štapa od legure titana, te je optimiziran proces starenja otopine. Zhang Chenhui i dr. uporedio je efekte temperature zagrijavanja i metoda hlađenja na mikrostrukturu i mehanička svojstva titanijumskih legura kao što su TA15, TC12 i TA31, te istražio mehanizam regulacije broja primarnih faza na vlačnu čvrstoću, otpornost na visoke temperature i udarna žilavost titanijumskih legura. . Arab et al. proučavao je odnos između mikrostrukture i mehaničkih svojstava, pokazujući da uzorak martenzitne strukture kaljen vodom ima veću tvrdoću, a mikrostruktura u dva stanja ima dobru plastičnu deformaciju i čvrstoću.
Sadeghpour et al. razvio novu vrstu legure titanijuma Ti-4Al-7Mo-3Cr-3V (Ti-4733), a studije su pokazale da mikrostruktura fini igličasti precipitati pokazuju veću vlačnu čvrstoću. Istraživanje oblikovanja, proizvodnje i kontrole performansi proizvoda od legura titanijuma postiglo je fazne rezultate. Međutim, legure titana ne mogu se rekristalizirati alotropskom transformacijom da bi se postiglo rafiniranje zrna austenita kao čelik, a plastična deformacija je potrebna da bi se postiglo rafiniranje zrna. Trenutno još uvijek postoje ključni tehnički problemi kao što su teška visokotemperaturna deformacija, nezrela kontrolirana tehnologija valjanja i kontroliranog hlađenja, te teško rafiniranje zrna. Stoga je od velikog značaja istražiti genetski utjecaj makroskopske plastične deformacije proizvoda na regulaciju performansi tkiva proizvoda. U ovom radu, na osnovu toplo valjanih šipki od legure titana TC4 dobijenih različitim tehnikama valjanja, upoređene su i analizirane karakteristike evolucije mikrostrukture, promene veličine zrna i mehaničkih svojstava legure u različitim uslovima termičke obrade, kao i efekti makroskopskog Dalje je otkrivena plastična deformacija i termička obrada žarenjem na evoluciju mikrostrukture legure. i mehaničkim svojstvima, te daju teoretsku osnovu za optimizaciju parametara procesa za vruće valjanje i toplinsku obradu ove vrste legure šipke.
1 Ispitni materijali i metode
Postoje dvije vrste materijala za ispitivanje: TC4 ploča s dva valjaka, specifikacija veličine: ϕ15 mm×10 mm; TC4 trovaljna ploča, specifikacija veličine: ϕ12 mm×10 mm. Hemijski sastav legure prikazan je u tabeli 1. TC4 legura titana je tipična plus legura, kao što je prikazano na slikama 1(a) i 1(b), mikroskopska morfologija dvovaljnih i trovaljnih gredica, svi pokazuju jednaku distribuciju, finu i ujednačenu fazu i fazu, a značajniji je ravnoosni oblik trovaljne gredice. Ovo se uglavnom može pripisati velikoj količini plastične deformacije kod valjanja s tri valjka, kompaktnom stalku za valjanje, sporom padu temperature, potpunoj deformaciji zrna na površini šipke, dinamičkom udjelu rekristalizacije koji dostiže zasićenje i dislokacijama na granicama zrna koje se mijenjaju od ravnomjerno raspoređenih u Stanje poligonalne distribucije promoviše transformaciju početnih zrna trake u zrna jednakog osa [10-14], a fine i ravnoosne strukture su očiglednije.
U cilju daljeg istraživanja uticaja temperature žarenja, brzine hlađenja i procesa deformacije na evoluciju mikrostrukture i mehanička svojstva legura titanijuma, formulisani su različiti procesi termičke obrade, kao što je prikazano u tabeli 2. Promatrajte karakteristike razvoja mikrostrukture legure titana TC4 pod CX200E optički mikroskop (OM) i SEM3000S skenirajući elektronski mikroskop (SEM). Rješenje protiv korozije je Kroll jetkač, koji je poseban jetkač za tačku transformacije legure titanijuma: 3 posto HF plus 6 posto HNO3 plus 91 posto H2O; koristite ImageJ analizu slike da izračunate prosječnu veličinu zrna i omjer površine mikrostrukture i istražite karakteristike promjene veličine zrna; izvršiti testove zatezanja na kompjuterski kontrolisanoj elektronskoj univerzalnoj mašini za ispitivanje materijala WDW-200 i dobiti čvrstoću uzorka (zatezna čvrstoća, čvrstoća tečenja) i indeks plastičnosti (izduženje, smanjenje površine); a ispitivanje tvrdoće je obavljeno na HX-1000TM/LCD mikrotvrdoći, opterećenje opterećenjem je bilo 1 N, vrijeme opterećenja je bilo 10 s, a 5 uzeta je prosječna vrijednost mjerenja da bi se dobila Vickersova tvrdoća od uzorak.
2 Rezultati i diskusija
2.1 Utjecaj temperature žarenja na mikrostrukturu i veličinu zrna
Na osnovu dvovaljane legure titanijuma TC4, formulisano je pet različitih temperatura žarenja i zagrejano na 850, 900, 950, 1000 i 1050 stepeni u peći, što odgovara uzorcima 1-5. Nakon što je blanko žario na 850 i 900 stepeni, kao što je prikazano na slikama 2(a) i 2(b), veličina zrna faze se povećala i postala je eliptična, a ukupni oblik je odgovarao karakteristikama ravnoosne mikrostrukture, uključujući i ravnoosnu mikrostrukturu. primarni Istovremeno, posmatrajte relevantne podatke zrna -faze, kao što je prikazano na slici 2(f), u ovom temperaturnom opsegu, kako temperatura žarenja raste, udio površine -faze značajno se povećava, što ukazuje da -struktura se transformisao u More alfa fazu. Nakon žarenja na 950 stepeni, kao što je prikazano na slici 2(c), mikrostruktura uključuje tipičnu strukturu sa dvostrukim stanjem primarne faze sa jednakom osovinom, igličaste faze i prelazne faze. Dvostruka struktura ima dobra vlačna svojstva i visoku otpornost na lom i nižu stopu rasta pukotina od zamora; u isto vrijeme, prosječna veličina zrna -faze se gotovo ne mijenja, dok se omjer površina smanjuje. Nakon žarenja na 1000 i 1050 stepeni, kao što je prikazano na slikama 2(d) i 2(e), originalna granica zrna je domena snopa, a faza je raspoređena između faza, pokazujući karakteristike Widmanstattenove strukture. U poređenju sa strukturom sa dva stanja, Widmanstattenova struktura ima nižu plastičnost; u ovom temperaturnom rasponu, kako temperatura žarenja raste, prosječna veličina zrna -faze raste brže, a omjer površina se gotovo ne mijenja, što ukazuje da nakon TC4 faze faznog prijelaza, s povećanjem temperature žarenja
2. 2 Utjecaj procesa deformacije i brzine hlađenja na mikrostrukturu i veličinu zrna
Na osnovu dvovaljnih i trovaljnih legura titana TC4, učinci različitih procesa deformacije (kontinuirano valjanje s dva valjka, kontinuirano valjanje s tri valjka) i brzina hlađenja (vodeno hlađenje, hlađenje zraka i hlađenje peći) na mikrostrukturu proučavane su legure na temperaturi držanja od 950 stepeni. Utjecaj strukture i veličine zrna. Dvovaljane legure odgovaraju uzorcima 6, 3 i 7, a trovaljane legure odgovaraju uzorcima 13-15. Za ploče s dva valjaka, nakon tretmana vodenim hlađenjem, kao što je prikazano na slici 3(a), brzina hlađenja je velika, a taloženje -faze ne može se nastaviti u vremenu, ali će doći do transformacije strukture rešetke, a talozi imaju isti sastav kao originalna faza, ali različite strukture rešetke. Martenzitna faza, struktura predstavlja mješovitu strukturu izjednačene faze, martenzitne ′, ″ matrice i transformirane faze. Nakon tretmana hlađenjem zrakom, kao što je prikazano na slici 3(b), struktura uključuje ravnoosnu primarnu fazu i acikularnu fazu istaloženu u prijelaznoj fazi. Nakon hlađenja peći, kao što je prikazano na slici 3(c), faza će se taložiti duž linije faznog prijelaza, faza će se relativno potpuno istaložiti, a faza će se skupljati između faza. Struktura uključuje ravnoosnu fazu i fazu između ravnoosne faze. Za trovaljne gredice, mikrostrukture uzoraka nakon različitih brzina hlađenja prikazane su na slikama 3(d), 3(e) i 3(f). Fazni sastav dvovaljnih ploča sa istim načinom hlađenja je u osnovi isti. Vrijedi napomenuti da su nakon termičke obrade trovaljne ploče, jednakoosna faza, martenzitna ′, ″ matrica i veličina zrna igličaste faze manje. Istovremeno, posmatrajući sliku 4, omjer površina i prosječna veličina faze trovaljane toplovaljane legure niži su od onih kod dvovaljane toplovaljane legure. Ovo se uglavnom pripisuje činjenici da trovaljno vruće valjanje može postići veliku plastičnu deformaciju u kratkom vremenu, prisiljavajući rafiniranje zrna. U isto vrijeme, studije su pokazale da zrna -faze mogu djelotvorno spriječiti rast vlačnih deformacijskih šupljina formiranih na granici između ravnoosne -faze i transaksijalne -faze, a što je manja veličina zrna primarne -faze, što je veći otpor šupljina tokom procesa ekspanzije. Što više slojeva, pospješuje leguru kako bi se postigla veća vlačna duktilnost i čvrstoća tečenja od 2. 3 Žarenje i starenje na mikrostrukturi legure. Slika 5 prikazuje mikrostrukturu uzoraka 10, 11, 12 i 16 nakon tretmana žarenjem i starenjem, a gornja desna ilustracija na slici 5 prikazuje mikrostrukturu uzoraka 8, 9, 6 i 13. Kao što je prikazano na insetu slike 5, mikrostrukture ploča s dva i tri valjaka nakon žarenja i tretmana vodenim hlađenjem uključuju primarnu ravnoosnu fazu, martenzitnu ′, ″ fazu i metastabilnu fazu. Na uzorcima je izvršena analiza difrakcije rendgenskih zraka (XRD), kao što je prikazano na slici 6(a), u mikrostrukturi TC4 štapića postoje martenzitne ′ i ″ faze pod različitim procesima deformacije i temperaturama žarenja. ; posebno kada je temperatura žarenja 950 stepeni, ima više ′ i ″ faza u trovaljnoj leguri. Relevantni podaci istraživanja pokazuju da što je temperatura žarenja bliža temperaturi faznog prijelaza, to je veća plastična deformacija, povoljnije je metastabilno taloženje faze; a martenzitna ′, ″ faza i metastabilna faza dobivena žarenjem lako se razlažu u dispergiranu fazu ili fazu u naknadnom procesu starenja kako bi se postiglo ojačanje legure.
Takođe se može vidjeti sa slike 5 da su nakon tretmana starenjem uzorci 10 i 16 u fazi izjednačene faze i prelazne matrice; uzorci 11 i 12 su izjednačena primarna faza i prijelazna matrica koja sadrži acikularnu fazu. Transformirajte podlogu. Dalje posmatranje karakteristika promjene podataka na Slici 6(b) pokazuje da nakon što je gredica s tri valjka žarena i stara (uzorak 16.950 stepeni ×60min, WQ plus 540 stepeni ×360min, AC), prosječna veličina zrna -faze iznosi 33,162 μm, što je za 18,28 posto niže u odnosu na dvovaljnu gredicu tretiranu pod istim uslovima (uzorak 12); veliko smanjenje veličine zrna u fazi je korisno za poboljšanje mehaničkih svojstava legure i opterećenje mehaničkih dijelova.
2.4 Utjecaj procesa deformacije i procesa toplinske obrade na mehanička svojstva Uzorci 1, 2, 9, 11 i 17 odabrani su za ispitivanje mehaničkih svojstava, a rezultati su prikazani na slici 7. Poređenje uzoraka 1, 2 i 9, isti proces deformacije TC4 štapovi su žareni i termički obrađeni. Kako temperatura žarenja raste i brzina hlađenja se ubrzava, čvrstoća i tvrdoća legure se povećavaju, a plastičnost se smanjuje. Uspoređujući uzorke 9 i 11, nakon tretmana žarenjem i starenjem, čvrstoća legure opada, ali raste plastičnost i tvrdoća. Upoređujući uzorke 11 i 17, TC4 šipke s različitim procesima deformacije imaju istu metodu termičke obrade, a trovaljana toplo valjana legura ima veću čvrstoću (Rel{{20}}MPa, R m{{ 21}}MPa), plastičnosti (A=14,2 procenta, Z=41. 2 procenta) i tvrdoće (583,04HV), omjer popuštanja je čak 0,966.
3 Zaključak
1) Proces termičke obrade ima značajan uticaj na mikrostrukturu i mehanička svojstva legure titanijuma TC4. Nakon što se ploča žari na 950 stepeni, može se dobiti tipična struktura u dva stanja. Dvostruka struktura ima bolja vlačna svojstva i veću čvrstoću na lom. Čvrstoća i niža stopa rasta pukotina od zamora, kako se temperatura žarenja povećava i brzina hlađenja ubrzava, povećava se čvrstoća legure titana TC4, povećava se tvrdoća i smanjuje se plastičnost;
2) Na osnovu istraživanja termičke obrade titanijumskih legura na osnovu različitih procesa deformacije, utvrđeno je da što je plastična deformacija trovaljne gredice veća, to je pogodnije taloženju metastabilnih faza, a ′ i ″ faze se povećavaju. značajno nakon žarenja, što pospješuje stvaranje više faza tokom procesa starenja. Metastabilna faza se raspada, što pogoduje jačanju disperzije; a veličina zrna faze je značajno smanjena, a što više šupljina nailazi na prepreke tokom procesa ekspanzije, a postiže se veća vlačna duktilnost; 3) Iz perspektive praktične primjene legure titanijuma TC4 S obzirom da omjer čvrstoće tečenja trovaljne gredice nakon tretmana žarenjem i starenjem može dostići 0.966, što je mnogo više od onog kod običnog valjanja. napunjeno.
