Invoering
Titaniumlegeringen hebben de voordelen van een laag gewicht, hoge specifieke sterkte, goede hittebestendigheid en uitstekende corrosieweerstand, en worden veel gebruikt in de nationale defensie, militaire industrie en de nationale economie. De morfologie van de microstructuur is een beslissende factor die de prestaties van titaniumlegeringen beïnvloedt, die voornamelijk afhangt van de chemische samenstelling, het smeedproces en de warmtebehandelingsmethode. Wanneer de chemische samenstelling vastligt, wordt de kwaliteit van smeedstukken van titaniumlegeringen voornamelijk bepaald door het smeedproces, dat wil zeggen dat de slechte microstructuur die tijdens het smeedproces wordt gevormd moeilijk kan worden verbeterd door daaropvolgende warmtebehandelingsprocessen. Tegelijkertijd zijn titaniumlegeringen zeer gevoelig voor smeedprocesparameters. De smeedtemperatuur beïnvloedt het fasetransformatiegedrag in de vaste fase- van titaniumlegeringen, en de mate van vervorming en de vervormingssnelheid beïnvloeden ook de verhouding, morfologie, grootte en verdeling van fase en fase.
TC4 (Ti-6Al-4V) is een gelijkassige martensitische tweefasige titaniumlegering die voor het eerst werd ontwikkeld door de Verenigde Staten in 1954. Het heeft uitstekende uitgebreide prestaties en verwerkingsprestaties en wordt voornamelijk gebruikt voor de vervaardiging van dragende componenten zoals ventilatoren, compressorschijven en bladen van vliegtuigmotoren. Het is nu een veelgebruikte titaniumlegering in de wereld geworden. De microstructuur kan worden ingedeeld in vier typen: bimodale structuur, gelijkassige structuur, lamellaire structuur en mandstructuur. Verschillende typen microstructuren komen overeen met verschillende mechanische eigenschappen. Daarom heeft het bestuderen van de invloed van verschillende smeedprocessen op de microstructuur en eigenschappen van de TC4-titaniumlegering een belangrijke technische betekenis.
1. Experimentele materialen en methoden
Smeedtemperatuur en vervormingsgraad werden geselecteerd als de variabele parameters van het smeedproces. Gebaseerd op de (+)/fasetransformatietemperatuur van de TC4-titaniumlegering (985~990 graden), werden vier smeedtemperaturen bepaald. Proces 1 tot en met 4 waren + smeden, proces 5 was bijna- smeden en proces 6 was smeden. Er werden drie verschillende vervormingsgraden geselecteerd op basis van een smeedtemperatuur van 950 graden om de optimale vervormingshoeveelheid voor conventioneel + smeden te onderzoeken.
De uit één- stuk blanco maat van het staafje van TC4-titaniumlegering was 150 mm. Na verwarming werd de staaf gesmeed en langs de radiale richting afgevlakt. Het post-gloeiende warmtebehandelingsproces na het smeden was (720±10) graad ×1h+AC, met als doel interne spanning te elimineren, de plasticiteit en de stabiliteit van de microstructuur te verbeteren.
De microstructuur werd waargenomen en geanalyseerd met behulp van een optische microscoop. Metallografische monsters werden gesneden door draadsnijden, ingebed, geslepen en gepolijst om de monsters te verkrijgen. Het etsmiddel was een 3% salpeterzuuralcoholoplossing. Volgens de vereisten van GB/T228.1-2010 en GB/T30758-2014 zijn de testmonsters ontworpen en verwerkt. De trekeigenschappen, elastische modulus en Poisson-verhouding werden getest met behulp van respectievelijk een EBS-3000 trekbank en een IET-01 elastische modulustester. De testresultaten waren het gemiddelde van drie metingen. De trekbreukmorfologie werd waargenomen en geanalyseerd met behulp van een scanning-elektronenmicroscoop. De Brinell-hardheid werd getest in overeenstemming met GB/T231.1-2009. De testapparatuur was een HBS-3000 digitale hardheidsmeter. De testkracht was 612,5N en de drukhoudtijd was 15s. De testresultaten waren het gemiddelde van drie meetpunten op dezelfde positie van elk monster.
3 Conclusie
Dit artikel analyseerde de invloed van verschillende smeedprocessen op de microstructuur, trekeigenschappen, trekbreukmorfologie en microhardheid van de TC4-titaniumlegering, en de volgende conclusies werden getrokken:
(1) Toen de smeedtemperatuur 920 en 950 graden was, werden vier soorten gelijkassige structuren verkregen; toen de smeedtemperatuur 985 graden was, werd een bimodale structuur verkregen; toen de smeedtemperatuur 1020 graden was, werd een lamellaire structuur verkregen. De grootte en volumefractie van primaire korrels en de morfologie van secundaire korrels varieerden aanzienlijk met de smeedtemperatuur en de vervormingsgraad.
(2) De gelijkassige structuur had een iets lagere sterkte maar een beter plastisch vervormingsvermogen; de lamellaire structuur had de hoogste sterkte, maar vanwege de "brosheid" was het vermogen tot plastische vervorming slecht; de bimodale structuur bracht hoge sterkte en plasticiteit in evenwicht, en de uitgebreide prestaties waren beter dan die van de gelijkassige structuur, wat aangeeft dat een te hoog gehalte aan gelijkassige primaire de mechanische eigenschappen van TC4 zou belemmeren.
(3) De trekbreukoppervlakken van de zes microstructuren vertoonden vrijwel geen radiale zone, wat wijst op een goede plasticiteit en taaiheid, wat consistent was met de hoge vermindering van oppervlak en rek. De gelijkassige structuur vertoonde een ductiel breukmechanisme, terwijl de bimodale en lamellaire structuren een quasi-splitsingsbreukmechanisme vertoonden.
(4) De hardheid nam toe met de toename van de smeedtemperatuur en de vervormingsgraad. Onder dezelfde vervormingsgraad, toen de smeedtemperatuur steeg van 950 graden naar 1020 graden, nam de hardheid toe met 8,5%; onder dezelfde smeedtemperatuur, toen de vervormingsgraad toenam van 10,7% naar 69,6%, nam de hardheid toe met 4,8%.