Titano lydinys yra lengva, didelio stiprumo, atspari korozijai konstrukcinė medžiaga, pasižyminti dideliu specifiniu stiprumu, siauru deformacijos temperatūros diapazonu, dideliu atsparumu korozijai, geru biologiniu suderinamumu, netoksiška ir nemagnetiška ir kt. plačiai naudojamas kosmoso, jūrų inžinerijos, chemijos naftos, medicininės branduolinės energijos ir kitose srityse. Titano lydiniams būdinga alotropinės transformacijos savybė, o cheminė sudėtis, plastinės deformacijos procesas ir terminio apdorojimo metodas turi didelę įtaką jų mikrostruktūrai ir mechaninėms savybėms. Šiuo metu mokslininkai namuose ir užsienyje atliko daug tyrimų apie titano lydinio gaminių formavimą, gamybą ir veikimo kontrolę.
Tirtas tirpalo senėjimo proceso poveikis Ti-6Al-6V-2Sn titano lydinio strypo mikrostruktūrai ir savybėms, optimizuotas tirpalo senėjimo procesas. Zhang Chenhui ir kt. palygino šildymo temperatūros ir aušinimo metodų poveikį titano lydinių, tokių kaip TA15, TC12 ir TA31, mikrostruktūrai ir mechaninėms savybėms bei ištyrė pirminių fazių skaičiaus reguliavimo mechanizmą tempimui, atsparumui aukštoje temperatūroje ir titano lydinių atsparumas smūgiams. . Arabas ir kt. ištyrė ryšį tarp mikrostruktūros ir mechaninių savybių, parodydamas, kad martensitinės struktūros vandeniu gesintas mėginys turi didesnį kietumą, o dviejų būsenų mikrostruktūra turi gerą plastinę deformaciją ir stiprumą.
Sadeghpour ir kt. sukūrė naujo tipo -titano lydinio Ti-4Al-7Mo-3Cr-3V (Ti-4733), o tyrimai parodė, kad smulkios į adatą panašios nuosėdos pasižymi didesniu atsparumu tempimui. Titano lydinio gaminių formavimo, gamybos ir veikimo kontrolės tyrimai davė laipsniškų rezultatų. Tačiau titano lydiniai negali būti perkristalizuoti per alotropinę transformaciją, kad būtų galima patobulinti austenito grūdelius, pavyzdžiui, plieno, o norint pasiekti grūdelių rafinavimą, reikalinga plastinė deformacija. Šiuo metu vis dar yra pagrindinių techninių problemų, tokių kaip sudėtinga deformacija aukštoje temperatūroje, nesubrendusi kontroliuojamo valcavimo ir kontroliuojamo aušinimo technologija bei sudėtingas grūdų rafinavimas. Todėl labai svarbu ištirti produkto makroskopinės plastinės deformacijos genetinę įtaką gaminio audinių veikimo reguliavimui. Šiame darbe, remiantis karšto valcavimo TC4 titano lydinio strypų ruošiniais, gautais skirtingais valcavimo būdais, buvo palygintos ir analizuojamos lydinio mikrostruktūros raidos charakteristikos, grūdelių dydžio kitimai ir mechaninės savybės skirtingomis terminio apdorojimo sąlygomis bei makroskopinis poveikis. Toliau buvo atskleista plastikinė deformacija ir atkaitinimo terminis apdorojimas, susijęs su lydinio mikrostruktūros raida. ir mechanines savybes, ir suteikia teorinį pagrindą šio tipo lydinio strypų karštojo valcavimo ir terminio apdorojimo proceso parametrų optimizavimui.
1 Bandymo medžiagos ir metodai
Yra dviejų rūšių bandomosios medžiagos: TC4 dviejų ritinių plokštė, dydžio specifikacija: ϕ15 mm × 10 mm; TC4 trijų ritinėlių plokštė, dydžio specifikacija: ϕ12 mm×10 mm. Cheminė lydinio sudėtis parodyta 1 lentelėje. TC4 titano lydinys yra tipiškas plius lydinys, kaip parodyta 1(a) ir 1(b) pav., mikroskopinė dviejų ir trijų ritinių ruošinių morfologija, visi rodo vienodą pasiskirstymą, smulkią ir vienodą fazę ir fazę, o trijų ritinėlių ruošinio lygiašė forma yra svarbesnė. Tai daugiausia siejama su dideliu plastinės deformacijos kiekiu trijų ritinėlių valcavimo, kompaktiško valcavimo stovo, lėto temperatūros kritimo, visiško grūdelių deformacijos strypo paviršiuje, dinaminės rekristalizacijos frakcijos, pasiekiančios prisotinimą, ir grūdelių ribų dislokacijų pasikeitimo iš tolygiai pasiskirstytų į Daugiakampio pasiskirstymo būsena skatina pradinių juostelių grūdelių pavertimą lygiašiais grūdeliais [10-14], o smulkiosios ir lygiaašės struktūros yra akivaizdesnės.
Siekiant toliau tirti atkaitinimo temperatūros, aušinimo greičio ir deformacijos proceso poveikį titano lydinių mikrostruktūros raidai ir mechaninėms savybėms, buvo suformuluoti skirtingi terminio apdorojimo procesai, kaip parodyta 2 lentelėje. Stebėkite TC4 titano lydinio mikrostruktūros raidos charakteristikas. CX200E optinis mikroskopas (OM) ir SEM3000S skenuojantis elektroninis mikroskopas (SEM). Korozijos tirpalas yra Kroll ėsdinimo priemonė, kuri yra specialus ėsdiklis titano lydinio transformacijos taškui: 3 procentai HF plius 6 procentai HNO3 plius 91 procentas H2O; naudokite ImageJ vaizdo analizę, kad apskaičiuotumėte vidutinį grūdelių dydį ir mikrostruktūros ploto santykį bei ištirtumėte grūdelių dydžio kitimo charakteristikas; atlikti tempimo bandymus WDW-200 kompiuteriu valdoma elektronine universalia medžiagų bandymo mašina ir gauti mėginio stiprumą (tempimo stiprumą, takumo ribą) ir plastiškumą (pailgėjimą, ploto sumažėjimą); ir kietumo testas buvo atliktas HX-1000TM/LCD mikrokietumo matuokliu, apkrovos apkrova buvo 1 N, įkrovimo laikas 10 s ir 5 Vidutinė matavimų vertė buvo paimta siekiant gauti Vickers kietumą pavyzdys.
2 Rezultatai ir aptarimas
2.1 Atkaitinimo temperatūros poveikis mikrostruktūrai ir grūdelių dydžiui
Remiantis dviejų ritinių valcavimo TC4 titano lydiniu, buvo sudarytos penkios skirtingos atkaitinimo temperatūros ir krosnyje kaitinamos iki 850, 900, 950, 1000 ir 1050 laipsnių, atitinkančios pavyzdžius 1-5. Po to, kai ruošinys buvo atkaitintas 850 ir 900 laipsnių kampu, kaip parodyta 2 (a) ir 2 (b) paveiksluose, fazės grūdelių dydis padidėjo ir buvo elipsės formos, o bendra forma atitiko lygiašės mikrostruktūros, įskaitant lygiašį, charakteristikas. pirminis Tuo pačiu metu stebėkite atitinkamus -fazės grūdelių duomenis, kaip parodyta 2 pav. f), šiame temperatūrų diapazone, kylant atkaitinimo temperatūrai, fazės ploto dalis žymiai padidėja, o tai rodo, kad -struktūra transformavosi į More alfa fazę. Po atkaitinimo 950 laipsnių kampu, kaip parodyta 2 paveiksle (c), mikrostruktūra apima tipišką dviejų būsenų struktūrą: lygiagrečią pirminę fazę, adatinę fazę ir pereinamąją fazę. Dviejų būsenų struktūra pasižymi geromis tempimo savybėmis, dideliu atsparumu lūžiams ir mažesniu nuovargio įtrūkimų augimo greičiu; tuo pačiu metu vidutinis -fazių grūdelių dydis beveik nekinta, o plotų santykis mažėja. Po atkaitinimo 1000 ir 1050 laipsnių kampu, kaip parodyta 2 (d) ir 2 (e) paveiksluose, pradinė grūdų riba yra pluošto sritis, o fazė paskirstoma tarp fazių, parodančių Widmanstatten struktūros ypatybes. Palyginti su dviejų būsenų struktūra, Widmanstatten struktūra turi mažesnį plastiškumą; šiame temperatūrų diapazone, kylant atkaitinimo temperatūrai, vidutinis fazės grūdelių dydis auga greičiau, o ploto santykis beveik nekinta, o tai rodo, kad po TC4 fazės pereinamojo taško, didėjant atkaitinimo temperatūrai.
2. 2 Deformacijos proceso ir aušinimo greičio įtaka mikrostruktūrai ir grūdelių dydžiui
Remiantis dviejų ritinių valcavimo ir trijų ritinių valcavimo TC4 titano lydiniais, įvairių deformacijos procesų (dviejų ritinių nuolatinis valcavimas, trijų ritinių nuolatinis valcavimas) ir aušinimo greičių (aušinimas vandeniu, aušinimas oru ir krosnies aušinimas) poveikis mikrostruktūrai. buvo tiriami lydiniai, esant 950 laipsnių laikymo temperatūrai. Struktūros ir grūdelių dydžio įtaka. Dviejų rulonų valcavimo lydiniai atitinka 6, 3 ir 7 pavyzdžius, o trijų ritinių valcuoti lydiniai atitinka pavyzdžius 13-15. Dviejų ritinių plokštėms po apdorojimo vandeniu aušinant, kaip parodyta 3(a) paveiksle, aušinimo greitis yra greitas, o fazės nusodinimas negali vykti laiku, tačiau įvyks grotelių struktūros transformacija, o nuosėdos turi ta pati sudėtis kaip ir pradinės fazės, bet skirtingos gardelės struktūros. Martensitinė fazė, struktūroje yra mišri lygiašės fazės, martensito ′, ″ matricos ir transformuotos fazės struktūra. Po apdorojimo oru aušinant, kaip parodyta 3 paveiksle (b), struktūroje yra lygiagrečios pirminės fazės ir smailės fazės, nusodintos pereinamojoje fazėje. Po krosnies aušinimo, kaip parodyta 3 paveiksle (c), fazė nusodins išilgai fazių perėjimo linijos, fazė bus santykinai visiškai nusodinta, o fazė susikaups tarp fazių. Struktūrą sudaro lygiašventė fazė ir fazė tarp lygiakrypčių fazių. Trijų ritinių ruošinių mėginių mikrostruktūros po skirtingų aušinimo greičių parodytos 3(d), 3(e) ir 3(f) pav. Dviejų ritinių plokščių fazinė sudėtis su tuo pačiu aušinimo metodu iš esmės yra tokia pati. Verta pažymėti, kad po trijų ritinėlių plokštės terminio apdorojimo lygiašės fazės, martensito ′, ″ matricos ir smailiosios fazės grūdelių dydis yra mažesnis. Tuo pačiu metu, atsižvelgiant į 4 paveikslą, trijų ritinių karšto valcavimo lydinio ploto santykis ir vidutinis fazės dydis yra mažesnis nei dviejų ritinių karšto valcavimo lydinio. Tai daugiausia siejama su tuo, kad trijų ritinėlių karštasis valcavimas per trumpą laiką gali pasiekti didelę plastinę deformaciją, todėl grūdus reikia rafinuoti. Tuo pačiu metu tyrimai parodė, kad fazės grūdeliai gali veiksmingai trukdyti augti tempimo deformacijos tuštumų, susidariusių tarp lygiašės fazės ir transašinės fazės sąsajoje, ir kuo mažesnis pirminės fazės grūdelių dydis, tuo didesnė tuštumų varža plėtimosi proceso metu. Kuo daugiau sluoksnių, padidinkite lydinį, kad būtų pasiektas didesnis tempiamasis elastingumas ir takumo riba nei 2. 3 Lydinio mikrostruktūros atkaitinimas ir senėjimas. 5 pav. pavaizduota 10, 11, 12 ir 16 mėginių mikrostruktūra po atkaitinimo ir sendinimo, o viršutiniame dešiniajame paveikslėlyje 5 pav. parodyta 8, 9, 6 ir 13 mėginių mikrostruktūra. Kaip parodyta 5 pav. įdėkle, dviejų ir trijų ritinių plokščių mikrostruktūros po atkaitinimo ir apdorojimo vandeniu aušinant apima pirminę lygiagrečiąją fazę, martensito ′, ″ fazę ir metastabilią fazę. Mėginiams buvo atlikta rentgeno spindulių difrakcijos (XRD) analizė, kaip parodyta 6 paveiksle (a), TC4 strypų mikrostruktūroje yra martensitinės ′ ir ″ fazės, esant skirtingiems deformacijos procesams ir atkaitinimo temperatūroms. ; ypač kai atkaitinimo temperatūra yra 950 laipsnių, trijų ritininių ruošinių lydinyje yra daugiau „ir“ fazių. Atitinkami tyrimų duomenys rodo, kad kuo atkaitinimo temperatūra arčiau fazinio virsmo temperatūros, tuo didesnė plastinė deformacija, tuo palankesnis metastabilus Fazinis kritulių kiekis; o martensito ′, ″ fazė ir metastabili fazė, gauta atkaitinimo būdu, vėlesniame sendinimo procese lengvai suskaidoma į išsklaidytą fazę arba fazę, kad lydinys būtų sustiprintas.
Taip pat iš 5 pav. matyti, kad po apdorojimo senėjimu 10 ir 16 pavyzdžiai yra lygiagrečios fazės ir pereinamosios matricos turinčios fazės; 11 ir 12 pavyzdžiai yra lygiašiai pirminė fazė ir pereinamoji matrica, turinti smailinę fazę. Transformuokite substratą. Tolesnis duomenų pasikeitimo charakteristikų stebėjimas 6(b) paveiksle rodo, kad atkaitinus ir sendinus trijų ritinių ruošinį (mėginys 16 950 laipsnių × 60 min, WQ plius 540 laipsnių × 360 min, kintamosios srovės), vidutinis fazių grūdelių dydis. yra 33,162 μm , o tai yra 18,28 procento mažesnis nei dviejų ritinių ruošinio, apdoroto tomis pačiomis sąlygomis (12 pavyzdys); didelis fazės grūdelių dydžio sumažėjimas yra naudingas lydinio mechaninėms savybėms ir mechaninių dalių apkrovai pagerinti.
2.4 Deformacijos proceso ir terminio apdorojimo proceso įtaka mechaninėms savybėms Mechaninėms savybėms tirti buvo atrinkti 1, 2, 9, 11 ir 17 pavyzdžiai, kurių rezultatai pateikti 7 pav. Lyginant 1, 2 ir 9 pavyzdžius, tas pats deformacijos procesas TC4 strypai atkaitinami ir termiškai apdorojami. Didėjant atkaitinimo temperatūrai ir greitėjant aušinimo greičiui, lydinio stiprumas ir kietumas didėja, o plastiškumas mažėja. Lyginant 9 ir 11 pavyzdžius, po atkaitinimo ir sendinimo lydinio stiprumas mažėja, tačiau padidėja plastiškumas ir kietumas. Lyginant 11 ir 17 pavyzdžius, TC4 strypai su skirtingais deformacijos procesais naudoja tą patį terminio apdorojimo metodą, o trijų ritinių karšto valcavimo lydinio stiprumas yra didesnis (Rel{{20}}MPa, R m{{ 21}}MPa), plastiškumą (A=14,2 proc., Z=41. 2 proc.) ir kietumą (583,04HV), išeigos koeficientas siekia net 0,966.
3 Išvada
1) Terminio apdorojimo procesas turi didelę įtaką TC4 titano lydinio mikrostruktūrai ir mechaninėms savybėms. Po to, kai plokštė atkaitinama 950 laipsnių kampu, galima gauti tipišką dviejų būsenų struktūrą. Dviejų būsenų struktūra pasižymi geresnėmis tempimo savybėmis ir didesniu atsparumu plyšimui. Tvirtumas ir mažesnis nuovargio įtrūkimų augimo greitis, nes didėja atkaitinimo temperatūra ir greitėja aušinimo greitis, didėja TC4 titano lydinio stiprumas, didėja kietumas ir mažėja plastiškumas;
2) Remiantis titano lydinių terminio apdorojimo tyrimais, pagrįstais skirtingais deformacijos procesais, nustatyta, kad kuo didesnė trijų ritinių ruošinio plastinė deformacija, tuo palankesnis metastabilių fazių nusodinimas, o ′ ir ″ fazės didėja. žymiai po atkaitinimo, o tai skatina daugiau fazių susidarymą senėjimo procese. Metastabili fazė suyra, o tai skatina dispersijos stiprinimą; ir fazės grūdelių dydis žymiai sumažėja, ir kuo daugiau tuštumų plečiasi, atsiranda kliūčių ir gaunamas didesnis tempiamasis plastiškumas; 3) Praktinio TC4 titano lydinio pritaikymo požiūriu, atsižvelgiant į tai, kad trijų ritinių ruošinio takumo koeficientas po atkaitinimo ir sendinimo gali siekti 0,966, o tai yra daug didesnis nei įprasto valcavimo. pakrautas.
