Titanlegering er et lett, høyfast, korrosjonsbestandig strukturelt materiale, som har egenskapene til høy spesifikk styrke, smalt deformasjonstemperaturområde, sterk korrosjonsmotstand, god biokompatibilitet, ikke-giftig og ikke-magnetisk, etc., så det er mye brukt innen romfart, marineteknikk, kjemisk petroleum, medisinsk kjernekraft og andre felt. Titanlegeringer har den typiske egenskapen til allotropisk transformasjon, og den kjemiske sammensetningen, plastiske deformasjonsprosessen og varmebehandlingsmetoden har en betydelig innvirkning på deres mikrostruktur og mekaniske egenskaper. For tiden har forskere i inn- og utland utført mye forskning på forming, produksjon og ytelseskontroll av titanlegeringsprodukter.
Effekten av aldringsprosessen i løsningen på mikrostrukturen og egenskapene til Ti-6Al-6V-2Sn titanlegeringsstang ble studert, og aldringsprosessen i løsningen ble optimalisert. Zhang Chenhui et al. sammenlignet effekten av oppvarmingstemperatur og kjølingsmetoder på mikrostrukturen og de mekaniske egenskapene til titanlegeringer som TA15, TC12 og TA31, og utforsket reguleringsmekanismen for antall primærfaser på strekkstyrken, varig styrke ved høye temperaturer, og slagfasthet av titanlegeringer. . Arab et al. studerte forholdet mellom mikrostruktur og mekaniske egenskaper, og viste at den martensittiske strukturen vann-quenched prøven har høyere hardhet, og to-state mikrostrukturen har god plastisk deformasjon og styrke.
Sadeghpour et al. utviklet en ny type -titaniumlegering Ti-4Al-7Mo-3Cr-3V (Ti-4733), og studier har vist at mikrostrukturen til fine nållignende utfellinger viser høyere strekkfasthet. Forskning på forming, produksjon og ytelseskontroll av titanlegeringsprodukter har oppnådd trinnvise resultater. Imidlertid kan titanlegeringer ikke rekrystalliseres gjennom allotropisk transformasjon for å oppnå austenittkornforfining som stål, og plastisk deformasjon er nødvendig for å oppnå kornforfining. For tiden er det fortsatt sentrale tekniske problemer som vanskelig høytemperaturdeformasjon, umoden kontrollert rulling og kontrollert kjøleteknologi og vanskelig kornforfining. Derfor er det av stor betydning å utforske den genetiske påvirkningen av produktmakroskopisk plastisk deformasjon på reguleringen av produktvevsytelsen. I denne artikkelen, basert på de varmvalsede TC4 titanlegeringsstangene oppnådd ved forskjellige valseteknikker, ble mikrostrukturevolusjonskarakteristikkene, kornstørrelsesendringer og mekaniske egenskaper til legeringen under forskjellige varmebehandlingsforhold sammenlignet og analysert, og effektene av makroskopiske plastisk deformasjon og glødende varmebehandling på mikrostrukturutviklingen til legeringen ble ytterligere avslørt. og mekaniske egenskaper, og gir et teoretisk grunnlag for optimalisering av prosessparametere for varmvalsing og varmebehandling av denne typen legeringsstang.
1 Test materialer og metoder
Det finnes to typer testmaterialer: TC4 to-rulls plate, størrelsesspesifikasjon: ϕ15 mm×10 mm; TC4 tre-rulls plate, størrelse spesifikasjon: ϕ12 mm×10 mm. Den kjemiske sammensetningen av legeringen er vist i tabell 1. TC4 titanlegering er en typisk plusslegering, som vist i fig. 1(a) og 1(b), den mikroskopiske morfologien til to- og tre-valsene. alle viser lik fordeling, fin og ensartet fase og fase, og den likeaksede formen på trevalsene er mer signifikant. Dette kan hovedsakelig tilskrives den store mengden plastisk deformasjon i tre-vals valsing, kompakt rullende stativ, sakte temperaturfall, fullstendig korndeformasjon på overflaten av stangen, dynamisk rekrystalliseringsfraksjon som når metning, og korngrensedislokasjoner som endrer seg fra jevnt fordelt til Den polygonale distribusjonstilstanden fremmer transformasjonen av de innledende stripekornene til likeaksede korn [10-14], og de fine og likeaksede strukturene er mer tydelige.
For ytterligere å utforske effekten av glødingstemperatur, kjølehastighet og deformasjonsprosess på mikrostrukturutviklingen og mekaniske egenskaper til titanlegeringer, ble forskjellige varmebehandlingsprosesser formulert, som vist i tabell 2. Observer mikrostrukturevolusjonskarakteristikkene til TC4 titanlegering under CX200E optisk mikroskop (OM) og SEM3000S skanningselektronmikroskop (SEM). Korrosjonsløsningen er Kroll etsemiddel, som er et spesielt etsemiddel for transformasjonspunktet til titanlegering: 3 prosent HF pluss 6 prosent HNO3 pluss 91 prosent H2O; bruk ImageJ-bildeanalyse for å beregne gjennomsnittlig kornstørrelse og arealforhold til mikrostrukturen, og utforske endringskarakteristikkene til kornstørrelsen; utføre strekktester på en WDW-200 datastyrt elektronisk universell materialtestmaskin, og få prøvestyrken (strekkfasthet, flytestyrke) og plastindeks (forlengelse, reduksjon av areal); og hardhetstesten ble utført på HX-1000TM/LCD-mikrohardhetstesteren, belastningsbelastningen var 1 N, belastningstiden var 10 s, og 5. Gjennomsnittsverdien av målingene ble tatt for å oppnå Vickers hardhet på prøven.
2 Resultater og diskusjon
2.1 Effekt av glødetemperatur på mikrostruktur og kornstørrelse
Basert på den tovalsede TC4 titanlegeringen ble fem forskjellige glødetemperaturer formulert og oppvarmet til 850, 900, 950, 1000 og 1050 grader med ovnen, tilsvarende prøvene 1-5. Etter at emnet ble glødet ved 850 og 900 grader, som vist i figur 2(a) og 2(b), økte kornstørrelsen til fasen og var elliptisk, og den generelle formen samsvarte med egenskapene til likeakset mikrostruktur, inkludert likeakset primær Samtidig observerer du de relevante dataene for -fasekorn, som vist i fig. 2(f), i dette temperaturområdet, når utglødningstemperaturen øker, øker andelen av -fasearealet betydelig, noe som indikerer at -strukturen har forvandlet seg til mer alfafase. Etter gløding ved 950 grader, som vist i figur 2(c), inkluderer mikrostrukturen en typisk dual-state struktur med likeakset primærfase, nållignende fase og overgangsfase. Dual-state strukturen har gode strekkegenskaper og høy bruddseighet og lavere tretthetssprekkeveksthastighet; samtidig endres den gjennomsnittlige størrelsen på -fasekorn nesten ikke, mens arealforholdet avtar. Etter gløding ved 1000 og 1050 grader, som vist i figur 2(d) og 2(e), er den opprinnelige korngrensen buntdomene, og fasen er fordelt mellom fasene, og viser egenskapene til Widmanstatten-strukturen. Sammenlignet med to-statsstrukturen har Widmanstatten-strukturen lavere plastisitet; i dette temperaturområdet, når glødetemperaturen øker, vokser gjennomsnittsstørrelsen på -fasekornene raskere, og arealforholdet endres nesten ikke, noe som indikerer at etter TC4 faseovergangspunktet, med økende glødetemperatur
2. 2 Effekt av deformasjonsprosess og kjølehastighet på mikrostruktur og kornstørrelse
Basert på to-ruller og tre-ruller rullende TC4 titanlegeringer, effekten av forskjellige deformasjonsprosesser (to-ruller kontinuerlig valsing, tre-ruller kontinuerlig valsing) og kjølehastigheter (vannkjøling, luftkjøling og ovnskjøling) på mikrostrukturen av legeringer ved en holdetemperatur på 950 grader ble studert. Påvirkning av struktur og kornstørrelse. To-rullede valsede legeringer tilsvarer prøvene 6, 3 og 7, og trevalsede valsede legeringer tilsvarer prøvene 13-15. For to-vals plater, etter vannkjølingsbehandling, som vist i figur 3(a), er kjølehastigheten høy, og -faseutfellingen kan ikke fortsette i tide, men gitterstrukturtransformasjonen vil skje, og utfellingene har samme sammensetning som den opprinnelige -fasen, men forskjellige gitterstrukturer. Martensittisk fase, strukturen presenterer en blandet struktur av likeakset fase, martensitt ′, ″ matrise og transformert fase. Etter luftkjølingsbehandling, som vist i figur 3(b), inkluderer strukturen likeakset primærfase og nålfase utfelt i overgangsfasen. Etter ovnsavkjøling, som vist i figur 3(c), vil fasen utfelles langs faseovergangslinjen, fasen vil utfelles relativt fullstendig, og fasen vil samle seg mellom fasene. Strukturen inkluderer likeakset fase og fase mellom likeakset fase. For trevalsene er mikrostrukturene til prøvene etter forskjellige kjølehastigheter vist i fig. 3(d), 3(e) og 3(f). Fasesammensetningen til de to-rullede platene med samme kjølemetode er i utgangspunktet den samme. Det er verdt å merke seg at etter varmebehandlingen av trevalsplaten er kornstørrelsen med likeakset fase, martensitt ′, ″ og nålefase mindre. Samtidig, ved å observere figur 4, er arealforholdet og gjennomsnittsstørrelsen til fasen til den trevalsede varmvalsede legeringen lavere enn for den tovalsede varmvalsede legeringen. Dette tilskrives hovedsakelig det faktum at trevals varmvalsing kan oppnå stor plastisk deformasjon på kort tid, noe som tvinger kornforfining. Samtidig har studier vist at -fasekornene effektivt kan hindre veksten av strekkdeformasjonshulrommene som dannes på grenseflaten mellom den likeaksede -fasen og den transaksiale -fasen, og jo mindre kornstørrelsen til primærfasen er, jo større er motstanden til hulrommene under ekspansjonsprosessen. Jo flere lag, fremmer legeringen for å oppnå høyere strekk-duktilitet og flytegrense enn 2. 3 Gløding og aldring på legeringsmikrostruktur. Fig. 5 viser mikrostrukturen til prøvene 10, 11, 12 og 16 etter annealing og aldringsbehandling, og den øvre høyre illustrasjonen i Fig. 5 viser prøvene 8, 9, 6 og 13 mikrostruktur. Som vist i innskuddet på fig. 5 inkluderer mikrostrukturene til to- og tre-vals plater etter gløding og vannkjølingsbehandling primær likeakset fase, martensitt ′, ″ fase og metastabil fase. Røntgendiffraksjonsanalyse (XRD) ble utført på prøvene, som vist i figur 6(a), det er martensittiske ′ og ″ faser i mikrostrukturen til TC4 stenger under forskjellige deformasjonsprosesser og glødetemperaturer. ; spesielt når utglødningstemperaturen er 950 grader, er det flere "og" faser i tre-rulle billets-legeringen. Relevante forskningsdata viser at jo nærmere utglødningstemperaturen er faseovergangstemperaturen, jo større er den plastiske deformasjonen, desto gunstigere er den metastabile faseutfellingen; og martensitt-, ″- og metastabil fase oppnådd ved gløding dekomponeres lett til dispergert fase eller fase i den påfølgende aldringsprosessen for å oppnå legeringsstyrking.
Det kan også sees fra fig. 5 at etter aldringsbehandling er prøvene 10 og 16 likeakset fase og overgangsmatrise-inneholdende fase; prøvene 11 og 12 er likeakset primærfase og overgangsmatrise som inneholder nålformet fase. Forvandle underlaget. Ytterligere observasjon av dataendringskarakteristikkene i figur 6(b) viser at etter at trevalsene er glødet og eldet (prøve 16 950 grader × 60 min, WQ pluss 540 grader × 360 min, AC), gjennomsnittlig størrelse på -fasekornene er 33,162 μm, som er 18,28 prosent lavere enn for to-rulle-emballasjen behandlet under de samme forholdene (prøve 12); den store reduksjonen i kornstørrelsen til fasen er gunstig for forbedring av de mekaniske egenskapene til legeringen og belastningen av mekaniske deler.
2.4 Effekter av deformasjonsprosess og varmebehandlingsprosess på mekaniske egenskaper Prøve 1, 2, 9, 11 og 17 ble valgt for mekanisk egenskapstesting, og resultatene er vist i figur 7. Sammenligning av prøve 1, 2 og 9, samme deformasjonsprosess TC4 stenger er glødet og varmebehandlet. Når glødetemperaturen øker og kjølehastigheten akselererer, øker styrken og hardheten til legeringen, og plastisiteten avtar. Ved å sammenligne prøvene 9 og 11, etter gløding og aldringsbehandling, reduseres styrken til legeringen, men plastisiteten og hardheten øker. Ved å sammenligne prøvene 11 og 17 bruker TC4-stengene med forskjellige deformasjonsprosesser den samme varmebehandlingsmetoden, og den trevalsede varmvalsede legeringen har høyere styrke (Rel{{20}}MPa, R m{{ 21}}MPa), plastisitet (A=14.2 prosent , Z=41. 2 prosent ) og hardhet (583.04HV), er utbytteforholdet så høyt som 0.966.
3 Konklusjon
1) Varmebehandlingsprosessen har en betydelig innvirkning på mikrostrukturen og de mekaniske egenskapene til TC4 titanlegering. Etter at platen er glødet ved 950 grader, kan en typisk to-tilstandsstruktur oppnås. To-statsstrukturen har bedre strekkegenskaper og høyere bruddstyrke. Seighet og lavere tretthetssprekkeveksthastighet, ettersom utglødningstemperaturen øker og kjølehastigheten akselererer, øker styrken til TC4 titanlegering, hardheten øker og plastisiteten avtar;
2) Basert på varmebehandlingsforskningen av titanlegeringer basert på forskjellige deformasjonsprosesser, er det funnet at jo større plastisk deformasjon av trevalsene, desto mer bidrar til utfelling av metastabile faser, og ′ og ″ fasene øker betydelig etter gløding, noe som fremmer generering av flere faser under aldringsprosessen. Den metastabile fasen brytes ned, noe som bidrar til å styrke spredningen; og kornstørrelsen til fasen reduseres betydelig, og jo flere hulrom møter barrierer under ekspansjonsprosessen, og høyere strekkduktilitet oppnås; 3) Fra perspektivet til praktisk anvendelse av TC4 titanlegering Tatt i betraktning at flytegrenseforholdet til trevalsene etter gløding og aldringsbehandling kan nå 0.966, som er mye høyere enn for vanlig valsing. lastet.
