Introduktion
Titanlegeringar har fördelarna med låg vikt, hög specifik hållfasthet, bra värmebeständighet och utmärkt korrosionsbeständighet, och används ofta inom det nationella försvaret, militärindustrin och den nationella ekonomin. Mikrostrukturmorfologin är en avgörande faktor som påverkar prestanda hos titanlegeringar, vilket främst beror på den kemiska sammansättningen, smidesprocessen och värmebehandlingsmetoden. När den kemiska sammansättningen är fixerad bestäms kvaliteten på smide av titanlegering huvudsakligen av smidesprocessen, det vill säga den dåliga mikrostrukturen som bildas under smidesprocessen är svår att förbättra genom efterföljande värmebehandlingsprocesser. Samtidigt är titanlegeringar mycket känsliga för smidesprocessparametrar. Smidestemperatur påverkar det fasta-fasomvandlingsbeteendet hos titanlegeringar, och graden av deformation och deformationshastighet påverkar också proportionen, morfologin, storleken och fördelningen av fas och fas.
TC4 (Ti-6Al-4V) är en likaxlad martensitisk tvåfas titanlegering som först utvecklades av USA 1954. Den har utmärkt omfattande prestanda och bearbetningsprestanda och används huvudsakligen för att tillverka lastbärande komponenter som fläktar, kompressorskivor och blad till flygmotorer. Det har nu blivit en mycket använd titanlegering i världen. Dess mikrostruktur kan klassificeras i fyra typer: bimodal struktur, likaxlig struktur, lamellstruktur och korgstruktur. Olika mikrostrukturtyper motsvarar olika mekaniska egenskaper. Att studera inverkan av olika smidesprocesser på mikrostrukturen och egenskaperna hos TC4 titanlegering har därför en viktig teknisk betydelse.
1. Experimentella material och metoder
Smidestemperatur och deformationsgrad valdes som de variabla parametrarna för smidesprocessen. Baserat på (+)/fasomvandlingstemperaturen för TC4 titanlegering (985~990 grader), bestämdes fyra smidestemperaturer. Process 1 till 4 var + smide, process 5 var nära- smide och process 6 var smide. Tre olika deformationsgrader valdes ut på basis av en smidestemperatur på 950 grader för att utforska den optimala deformationsmängden för konventionell + smide.
Ämnet i ett-stycke på TC4 titanlegeringsstång var 150 mm. Efter uppvärmning smiddes stången och plattades ut längs den radiella riktningen. Efter-glödgningsvärmebehandlingsprocessen var (720±10) grader ×1h+AC, med syftet att eliminera inre spänningar, förbättra plasticiteten och mikrostrukturens stabilitet.
Mikrostrukturen observerades och analyserades med användning av ett optiskt mikroskop. Metallografiska prover skars genom trådskärning, bäddades in, slipades och polerades för att erhålla proverna. Etsmedlet var 3% salpetersyraalkohollösning. Enligt kraven i GB/T228.1-2010 och GB/T30758-2014 designades och bearbetades testexemplaren. Dragegenskaperna, elasticitetsmodulen och Poissons förhållande testades med en EBS-3000 dragprovningsmaskin respektive en IET-01 elasticitetsmodultestare. Testresultaten var medelvärdet av tre mätningar. Dragbrottsmorfologin observerades och analyserades med användning av ett svepelektronmikroskop. Brinell-hårdheten testades i enlighet med GB/T231.1-2009. Testutrustningen var en HBS-3000 digital hårdhetstestare. Testkraften var 612,5N och tryckhållningstiden var 15 s. Testresultaten var medelvärdet av tre mätpunkter vid samma position för varje prov.
3 Slutsats
Denna artikel analyserade inverkan av olika smidesprocesser på mikrostrukturen, dragegenskaperna, dragbrottsmorfologin och mikrohårdheten hos TC4 titanlegering, och följande slutsatser drogs:
(1) När smidestemperaturen var 920 och 950 grader, erhölls fyra typer av likaxliga strukturer; när smidestemperaturen var 985 grader erhölls en bimodal struktur; när smidestemperaturen var 1020 grader erhölls en lamellstruktur. Storleken och volymfraktionen av primära korn och morfologin av sekundärt varierade signifikant med smidestemperaturen och deformationsgraden.
(2) Den likaxliga strukturen hade något lägre hållfasthet men bättre plastisk deformationsförmåga; den lamellära strukturen hade den högsta styrkan, men på grund av "sprödhet" var dess plastiska deformationsförmåga dålig; den bimodala strukturen balanserade hög hållfasthet och plasticitet, och dess omfattande prestanda var bättre än den för den likaxliga strukturen, vilket tyder på att en alltför hög halt av likaxlig primär skulle hämma de mekaniska egenskaperna hos TC4.
(3) Dragbrottsytorna hos de sex mikrostrukturerna visade nästan ingen radiell zon, vilket indikerar god plasticitet och seghet, vilket överensstämde med den höga minskningen av area och förlängning. Den likaxliga strukturen uppvisade en duktil frakturmekanism, medan de bimodala och lamellära strukturerna visade en kvasi-klyvningsfrakturmekanism.
(4) Hårdheten ökade med ökningen av smidestemperatur och deformationsgrad. Under samma deformationsgrad, när smidestemperaturen ökade från 950 grader till 1020 grader, ökade hårdheten med 8,5%; under samma smidestemperatur, när deformationsgraden ökade från 10,7 % till 69,6 %, ökade hårdheten med 4,8 %.