Uvod
Titanove zlitine imajo prednosti majhne teže, visoke specifične trdnosti, dobre toplotne odpornosti in odlične odpornosti proti koroziji ter se pogosto uporabljajo v nacionalni obrambi, vojaški industriji in nacionalnem gospodarstvu. Morfologija mikrostrukture je odločilni dejavnik, ki vpliva na zmogljivost titanovih zlitin, ki je v glavnem odvisna od kemične sestave, postopka kovanja in metode toplotne obdelave. Ko je kemična sestava določena, je kakovost odkovkov iz titanove zlitine v glavnem določena s postopkom kovanja, kar pomeni, da je slabo mikrostrukturo, ki nastane med postopkom kovanja, težko izboljšati z naknadnimi postopki toplotne obdelave. Hkrati so titanove zlitine zelo občutljive na parametre procesa kovanja. Temperatura kovanja vpliva na obnašanje titanovih zlitin pri-fazni transformaciji v trdnem stanju, stopnja deformacije in hitrost deformacije pa vplivata tudi na delež, morfologijo, velikost in porazdelitev faze in faze.
TC4 (Ti-6Al-4V) je enakoosna martenzitna dvofazna titanova zlitina, ki so jo prvič razvile Združene države leta 1954. Ima odlično celovito zmogljivost in zmogljivost obdelave ter se uporablja predvsem za izdelavo nosilnih komponent, kot so ventilatorji, diski kompresorjev in lopatice letalskih motorjev. Zdaj je postala široko uporabljena titanova zlitina v svetu. Njegovo mikrostrukturo lahko razvrstimo v štiri vrste: bimodalno strukturo, enakoosno strukturo, lamelno strukturo in košarasto strukturo. Različne vrste mikrostrukture ustrezajo različnim mehanskim lastnostim. Zato ima preučevanje vpliva različnih postopkov kovanja na mikrostrukturo in lastnosti titanove zlitine TC4 pomemben inženirski pomen.
1. Eksperimentalni materiali in metode
Kot spremenljiva parametra procesa kovanja sta bili izbrani temperatura kovanja in stopnja deformacije. Na podlagi (+)/fazne transformacijske temperature titanove zlitine TC4 (985~990 stopinj) so bile določene štiri temperature kovanja. Postopek 1 do 4 je bil + kovanje, postopek 5 je bil skoraj - kovanje, postopek 6 pa kovanje. Tri različne stopnje deformacije so bile izbrane na podlagi temperature kovanja 950 stopinj, da bi raziskali optimalno količino deformacije za konvencionalno + kovanje.
Velikost enega-delnega surovca palice iz titanove zlitine TC4 je bila 150 mm. Po segrevanju je bila palica kovana in sploščena vzdolž radialne smeri. Postopek toplotne obdelave po kovanju in žarjenju je bil (720±10) stopinj × 1h+AC, katerega cilj je bil odpraviti notranje napetosti, izboljšati plastičnost in stabilnost mikrostrukture.
Mikrostrukturo smo opazovali in analizirali z optičnim mikroskopom. Metalografske vzorce smo izrezali z žičnim rezanjem, vdelali, brusili in polirali, da smo dobili vzorce. Jedkalo je bila 3 % raztopina alkohola dušikove kisline. V skladu z zahtevami GB/T228.1-2010 in GB/T30758-2014 so bili preskusni vzorci zasnovani in obdelani. Natezne lastnosti, elastični modul in Poissonovo razmerje so bili testirani z uporabo naprave za natezno testiranje EBS-3000 in testerja elastičnega modula IET-01. Rezultati testa so bili povprečje treh meritev. Morfologijo nateznega loma smo opazovali in analizirali z uporabo vrstičnega elektronskega mikroskopa. Trdota po Brinellu je bila testirana v skladu z GB/T231.1-2009. Testna oprema je bil digitalni merilnik trdote HBS-3000. Preizkusna sila je bila 612,5 N, čas zadrževanja tlaka pa 15 s. Rezultati testa so bili povprečje treh merilnih točk na istem mestu vsakega vzorca.
3 Zaključek
V tem prispevku smo analizirali vpliv različnih postopkov kovanja na mikrostrukturo, natezne lastnosti, natezno morfologijo loma in mikrotrdoto titanove zlitine TC4 in prišli do naslednjih zaključkov:
(1) Ko je bila temperatura kovanja 920 in 950 stopinj, so bile pridobljene štiri vrste enakoosnih struktur; ko je bila temperatura kovanja 985 stopinj, je bila pridobljena bimodalna struktura; ko je bila temperatura kovanja 1020 stopinj, je bila pridobljena lamelna struktura. Velikost in prostorninski delež primarnih zrn ter morfologija sekundarnih so se močno spreminjali s temperaturo kovanja in stopnjo deformacije.
(2) Enakoosna struktura je imela nekoliko manjšo trdnost, vendar boljšo sposobnost plastične deformacije; lamelna struktura je imela največjo trdnost, vendar je bila zaradi "krhkosti" njena sposobnost plastične deformacije slaba; bimodalna struktura je uravnotežila visoko trdnost in plastičnost, njena celovita zmogljivost pa je bila boljša kot pri enakoosni strukturi, kar kaže, da bi pretirano visoka vsebnost enakoosnega primarnega zavirala mehanske lastnosti TC4.
(3) Natezne lomne površine šestih mikrostruktur skoraj niso pokazale radialne cone, kar kaže na dobro plastičnost in žilavost, kar je bilo skladno z velikim zmanjšanjem površine in raztezkom. Enakoosna struktura je pokazala duktilni lomni mehanizem, medtem ko sta bimodalni in lamelarni strukturi pokazali kvazi-odcepni lomni mehanizem.
(4) Trdota se je povečala s povečanjem temperature kovanja in stopnje deformacije. Pri isti stopnji deformacije, ko se je temperatura kovanja povečala z 950 stopinj na 1020 stopinj, se je trdota povečala za 8,5%; pri isti temperaturi kovanja, ko se je stopnja deformacije povečala z 10,7% na 69,6%, se je trdota povečala za 4,8%.