Wstęp
Stopy tytanu mają zalety lekkości, wysokiej wytrzymałości właściwej, dobrej odporności na ciepło i doskonałej odporności na korozję i są szeroko stosowane w obronie narodowej, przemyśle wojskowym i gospodarce narodowej. Morfologia mikrostruktury jest decydującym czynnikiem wpływającym na właściwości użytkowe stopów tytanu, które zależy głównie od składu chemicznego, procesu kucia i metody obróbki cieplnej. Gdy skład chemiczny jest ustalony, jakość odkuwek ze stopów tytanu zależy głównie od procesu kucia, to znaczy, że słaba mikrostruktura powstająca podczas procesu kucia jest trudna do poprawy w kolejnych procesach obróbki cieplnej. Jednocześnie stopy tytanu są bardzo wrażliwe na parametry procesu kucia. Temperatura kucia wpływa na zachowanie-fazy stałej w stopach tytanu, a stopień odkształcenia i szybkość odkształcania wpływają również na proporcję, morfologię, wielkość i rozkład fazy i fazy.
TC4 (Ti-6Al-4V) to równoosiowy, martenzytyczny, dwufazowy stop tytanu opracowany po raz pierwszy w Stanach Zjednoczonych w 1954 roku. Charakteryzuje się doskonałą wszechstronnością i wydajnością przetwarzania. Stosowany jest głównie do produkcji elementów nośnych, takich jak wentylatory, tarcze sprężarek i łopatki silników lotniczych. Obecnie stał się szeroko stosowanym stopem tytanu na świecie. Jego mikrostrukturę można podzielić na cztery typy: strukturę bimodalną, strukturę równoosiową, strukturę lamelarną i strukturę koszykową. Różne typy mikrostruktur odpowiadają różnym właściwościom mechanicznym. Dlatego badanie wpływu różnych procesów kucia na mikrostrukturę i właściwości stopu tytanu TC4 ma istotne znaczenie inżynieryjne.
1. Materiały i metody doświadczalne
Jako zmienne parametry procesu kucia wybrano temperaturę kucia i stopień odkształcenia. Na podstawie (+)/temperatury przemiany fazowej stopu tytanu TC4 (985~990 stopni) wyznaczono cztery temperatury kucia. Procesy od 1 do 4 to + kucie, proces 5 był bliski- kucia, a proces 6 to kucie. Wybrano trzy różne stopnie odkształcenia na podstawie temperatury kucia wynoszącej 950 stopni, aby zbadać optymalną wielkość odkształcenia dla kucia konwencjonalnego i kucia.
Rozmiar pojedynczego-półfabrykatu pręta ze stopu tytanu TC4 wynosił 150 mm. Po nagrzaniu pręt został kuty i spłaszczony w kierunku promieniowym. Proces obróbki cieplnej-po wyżarzaniu po kuciu przebiegał w stopniu (720±10) × 1h+AC, a jego celem było wyeliminowanie naprężeń wewnętrznych, poprawa plastyczności i stabilności mikrostruktury.
Mikrostrukturę obserwowano i analizowano za pomocą mikroskopu optycznego. Próbki metalograficzne wycinano metodą cięcia drutem, osadzano, szlifowano i polerowano w celu uzyskania próbek. Środek trawiący stanowił 3% roztwór kwasu azotowego w alkoholu. Zgodnie z wymaganiami GB/T228.1-2010 i GB/T30758-2014 zaprojektowano i przetworzono próbki do badań. Właściwości rozciągające, moduł sprężystości i współczynnik Poissona badano odpowiednio za pomocą maszyny wytrzymałościowej EBS-3000 i testera modułu sprężystości IET-01. Wyniki testu były średnią z trzech pomiarów. Morfologię pęknięć przy rozciąganiu obserwowano i analizowano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Twardość Brinella została zbadana zgodnie z GB/T231.1-2009. Sprzętem badawczym był cyfrowy twardościomierz HBS-3000. Siła testowa wynosiła 612,5 N, a czas utrzymywania ciśnienia 15 s. Wyniki testu były średnią z trzech punktów pomiarowych w tym samym miejscu każdej próbki.
3 Wniosek
W pracy przeanalizowano wpływ różnych procesów kucia na mikrostrukturę, właściwości rozciągające, morfologię pękania przy rozciąganiu oraz mikrotwardość stopu tytanu TC4 i wyciągnięto następujące wnioski:
(1) Gdy temperatura kucia wynosiła 920 i 950 stopni, otrzymano cztery rodzaje struktur równoosiowych; gdy temperatura kucia wynosiła 985 stopni, uzyskano strukturę bimodalną; gdy temperatura kucia wynosiła 1020 stopni, uzyskano strukturę lamelarną. Udział wielkościowy i objętościowy ziaren pierwotnych oraz morfologia ziaren wtórnych różniły się istotnie w zależności od temperatury kucia i stopnia odkształcenia.
(2) Konstrukcja równoosiowa miała nieco niższą wytrzymałość, ale lepszą zdolność do odkształcenia plastycznego; największą wytrzymałość miała struktura lamelarna, lecz ze względu na „kruchość” jej zdolność do odkształcenia plastycznego była słaba; struktura bimodalna równoważyła wysoką wytrzymałość i plastyczność, a jej wszechstronne działanie było lepsze niż struktury równoosiowej, co wskazuje, że zbyt wysoka zawartość równoosiowego pierwotnego osłabiłaby właściwości mechaniczne TC4.
(3) Powierzchnie pęknięć przy rozciąganiu sześciu mikrostruktur nie wykazywały prawie żadnej strefy promieniowej, co wskazywało na dobrą plastyczność i wytrzymałość, co było zgodne z dużym zmniejszeniem powierzchni i wydłużeniem. Struktura równoosiowa wykazywała mechanizm pękania plastycznego, podczas gdy struktury bimodalne i lamelarne wykazywały mechanizm pękania quasi-rozszczepialnego.
(4) Twardość wzrasta wraz ze wzrostem temperatury kucia i stopnia odkształcenia. Przy tym samym stopniu odkształcenia, gdy temperatura kucia wzrosła z 950 stopni do 1020 stopni, twardość wzrosła o 8,5%; w tej samej temperaturze kucia, gdy stopień odkształcenia wzrósł z 10,7% do 69,6%, twardość wzrosła o 4,8%.