Ievads
Titāna sakausējumu priekšrocības ir viegls svars, augsta īpatnējā izturība, laba karstumizturība un lieliska izturība pret koroziju, un tos plaši izmanto valsts aizsardzībā, militārajā rūpniecībā un valsts ekonomikā. Mikrostruktūras morfoloģija ir noteicošais faktors, kas ietekmē titāna sakausējumu veiktspēju, kas galvenokārt ir atkarīgs no ķīmiskā sastāva, kalšanas procesa un termiskās apstrādes metodes. Kad ķīmiskais sastāvs ir fiksēts, titāna sakausējuma kalumu kvalitāti galvenokārt nosaka kalšanas process, tas ir, kalšanas procesā izveidojušos slikto mikrostruktūru ir grūti uzlabot ar sekojošiem termiskās apstrādes procesiem. Tajā pašā laikā titāna sakausējumi ir ļoti jutīgi pret kalšanas procesa parametriem. Kalšanas temperatūra ietekmē titāna sakausējumu cietvielu fāzes transformācijas izturēšanos, un deformācijas pakāpe un deformācijas ātrums ietekmē arī fāzes un fāzes proporciju, morfoloģiju, izmēru un sadalījumu.
TC4 (Ti-6Al-4V) ir martensīta divfāzu titāna sakausējums, ko pirmo reizi izstrādāja ASV 1954. gadā. Tam ir lieliska visaptveroša veiktspēja un apstrādes veiktspēja, un to galvenokārt izmanto, lai ražotu nesošās sastāvdaļas, piemēram, ventilatorus, kompresoru diskus un aviācijas dzinēju lāpstiņas. Tagad tas ir kļuvis par plaši izmantotu titāna sakausējumu pasaulē. Tās mikrostruktūru var iedalīt četros veidos: bimodālā struktūra, līdzvērtīga struktūra, slāņveida struktūra un groza struktūra. Dažādiem mikrostruktūru veidiem atbilst dažādas mehāniskās īpašības. Tāpēc dažādu kalšanas procesu ietekmes uz TC4 titāna sakausējuma mikrostruktūru un īpašībām izpētei ir svarīga inženiertehniska nozīme.
1. Eksperimentālie materiāli un metodes
Kā mainīgie kalšanas procesa parametri tika izvēlēta kalšanas temperatūra un deformācijas pakāpe. Pamatojoties uz TC4 titāna sakausējuma (+)/fāzes transformācijas temperatūru (985-990 grādi), tika noteiktas četras kalšanas temperatūras. 1.–4. process bija + kalšana, 5. process bija gandrīz{10}} kalšanas process, bet 6. process bija kalšana. Tika izvēlētas trīs dažādas deformācijas pakāpes, pamatojoties uz kalšanas temperatūru 950 grādi, lai izpētītu optimālo deformācijas apjomu parastajai + kalšanai.
Viena -gabala titāna sakausējuma stieņa izmērs bija 150 mm. Pēc karsēšanas stienis tika izkalts un saplacināts gar radiālo virzienu. Pēc-kalšanas atlaidināšanas termiskās apstrādes process bija (720±10) grādi × 1h+AC, lai novērstu iekšējo spriegumu, uzlabotu plastiskumu un mikrostruktūras stabilitāti.
Mikrostruktūra tika novērota un analizēta, izmantojot optisko mikroskopu. Lai iegūtu paraugus, metalogrāfiskie paraugi tika sagriezti, griežot stiepli, iestrādāti, slīpēti un pulēti. Kodinātājs bija 3% slāpekļskābes spirta šķīdums. Atbilstoši GB/T228.1-2010 un GB/T30758-2014 prasībām testa paraugi tika izstrādāti un apstrādāti. Stiepes īpašības, elastības modulis un Puasona koeficients tika pārbaudīti, izmantojot attiecīgi EBS-3000 stiepes testēšanas iekārtu un IET-01 elastības moduļa testeri. Testa rezultāti bija trīs mērījumu vidējie rādītāji. Stiepes lūzuma morfoloģija tika novērota un analizēta, izmantojot skenējošu elektronu mikroskopu. Brinela cietība tika pārbaudīta saskaņā ar GB/T231.1-2009. Testa iekārta bija HBS-3000 digitālais cietības testeris. Pārbaudes spēks bija 612,5 N, un spiediena turēšanas laiks bija 15 s. Testa rezultāti bija vidējie trīs mērījumu punkti katra parauga vienā un tajā pašā pozīcijā.
3 Secinājums
Šajā rakstā tika analizēta dažādu kalšanas procesu ietekme uz TC4 titāna sakausējuma mikrostruktūru, stiepes īpašībām, stiepes lūzuma morfoloģiju un mikrocietību, un tika izdarīti šādi secinājumi:
(1) Kad kalšanas temperatūra bija 920 un 950 grādi, tika iegūtas četru veidu vienādas struktūras; kad kalšanas temperatūra bija 985 grādi, tika iegūta bimodāla struktūra; kad kalšanas temperatūra bija 1020 grādi, tika iegūta slāņaina struktūra. Primāro graudu izmērs un tilpuma daļa un sekundāro graudu morfoloģija būtiski mainījās atkarībā no kalšanas temperatūras un deformācijas pakāpes.
(2) līdzsvara struktūrai bija nedaudz mazāka izturība, bet labāka plastiskā deformācijas spēja; lamelārajai struktūrai bija vislielākā izturība, bet "trausluma" dēļ tās plastiskā deformācijas spēja bija slikta; bimodālā struktūra līdzsvaroja augsto izturību un plastiskumu, un tās visaptverošā veiktspēja bija labāka nekā līdzsvarotajai struktūrai, kas norāda, ka pārmērīgi augsts vienādaina primārās vielas saturs kavētu TC4 mehāniskās īpašības.
(3) Sešu mikrostruktūru stiepes lūzuma virsmām gandrīz nebija radiālās zonas, kas liecina par labu plastiskumu un stingrību, kas atbilst lielajam laukuma samazinājumam un pagarinājumam. Līdzsvarotajai struktūrai bija plastisks lūzuma mehānisms, savukārt bimodālās un lamelārās struktūras uzrādīja kvazi-šķelšanās lūzuma mehānismu.
(4) Cietība palielinājās, palielinoties kalšanas temperatūrai un deformācijas pakāpei. Tajā pašā deformācijas pakāpē, kad kalšanas temperatūra paaugstinājās no 950 grādiem līdz 1020 grādiem, cietība palielinājās par 8,5%; pie tādas pašas kalšanas temperatūras, deformācijas pakāpei palielinoties no 10,7% līdz 69,6%, cietība palielinājās par 4,8%.