Bevezetés
A titánötvözetek előnye a könnyű súly, a nagy fajlagos szilárdság, a jó hőállóság és a kiváló korrózióállóság, és széles körben használják a honvédelemben, a hadiiparban és a nemzetgazdaságban. A titánötvözetek teljesítményét meghatározó tényező a mikroszerkezet morfológiája, amely elsősorban a kémiai összetételtől, a kovácsolási eljárástól és a hőkezelési módszertől függ. A kémiai összetétel rögzítésekor a titánötvözetből készült kovácsolt anyagok minőségét elsősorban a kovácsolási eljárás határozza meg, vagyis a kovácsolás során kialakuló rossz mikroszerkezetet a későbbi hőkezelési eljárásokkal nehéz javítani. Ugyanakkor a titánötvözetek nagyon érzékenyek a kovácsolási folyamat paramétereire. A kovácsolás hőmérséklete befolyásolja a titánötvözetek szilárd fázisú -fázisú átalakulási viselkedését, és a deformáció mértéke és a deformáció sebessége is befolyásolja a fázis és fázis arányát, morfológiáját, méretét és eloszlását.
A TC4 (Ti-6Al-4V) egy egyenlőtengelyű martenzites, kétfázisú titánötvözet, amelyet először 1954-ben fejlesztettek ki az Egyesült Államokban. Kiváló átfogó teljesítménnyel és feldolgozási teljesítménnyel rendelkezik, és főleg teherhordó alkatrészek, például ventilátorok, kompresszortárcsák és repülőgép-hajtóművek lapátjainak gyártására használják. Mára a világon széles körben használt titánötvözetté vált. Mikroszerkezete négy típusba sorolható: bimodális szerkezet, equiaxed szerkezet, lamellás szerkezet és kosárszerkezet. A különböző mikroszerkezet-típusok eltérő mechanikai tulajdonságoknak felelnek meg. Ezért a különböző kovácsolási eljárásoknak a TC4 titánötvözet mikroszerkezetére és tulajdonságaira gyakorolt hatásának tanulmányozása fontos mérnöki jelentőséggel bír.
1. Kísérleti anyagok és módszerek
A kovácsolási folyamat változó paramétereiként a kovácsolás hőmérsékletét és alakváltozási fokát választottam. A TC4 titánötvözet (+)/fázis átalakulási hőmérséklete (985-990 fok) alapján négy kovácsolási hőmérsékletet határoztunk meg. Az 1–4. folyamat + kovácsolás, az 5. folyamat közeli- kovácsolás, a 6. folyamat pedig a kovácsolás. Három különböző deformációs fokot választottunk ki a 950 fokos kovácsolási hőmérséklet alapján, hogy feltárjuk az optimális deformáció mértékét a hagyományos + kovácsoláshoz.
A TC4 titánötvözet rúd egy-darabos üres mérete 150 mm volt. Melegítés után a rudat sugárirányban megkovácsolták és lelapították. A poszt-kovácsolási hőkezelési eljárás (720±10) fok ×1h+AC volt, célja a belső feszültség megszüntetése, a plaszticitás és a mikrostruktúra stabilitásának javítása.
A mikroszerkezetet optikai mikroszkóppal figyelték meg és elemezték. A metallográfiai mintákat huzalvágással vágtuk, beágyaztuk, csiszoltuk és políroztuk, hogy megkapjuk a mintákat. A maratószer 3%-os salétromsav-alkohol oldat volt. A GB/T228.1-2010 és GB/T30758-2014 előírásai szerint a próbatestek tervezése és feldolgozása történt. A szakítótulajdonságokat, a rugalmassági modulust és a Poisson-hányadost EBS-3000 szakítógéppel, illetve IET-01 rugalmassági modulus-vizsgálóval vizsgáltuk. A teszt eredménye három mérés átlaga volt. A húzótörés morfológiáját pásztázó elektronmikroszkóppal figyelték meg és elemezték. A Brinell keménységet a GB/T231.1-2009 szabvány szerint tesztelték. A vizsgáló berendezés egy HBS-3000 digitális keménységmérő volt. A teszterő 612,5 N volt, a nyomástartási idő pedig 15 s. A vizsgálati eredmények három mérési pont átlagai voltak, minden minta azonos pozíciójában.
3 Következtetés
Ez a dolgozat a különböző kovácsolási eljárások hatását elemezte a TC4 titánötvözet mikroszerkezetére, szakítószilárdságára, szakítótörési morfológiájára és mikrokeménységére, és a következő következtetéseket vontam le:
(1) Amikor a kovácsolási hőmérséklet 920 és 950 fok volt, négyféle egyenlőtengelyű szerkezetet kaptunk; amikor a kovácsolás hőmérséklete 985 fok volt, bimodális szerkezetet kaptunk; Amikor a kovácsolási hőmérséklet 1020 fok volt, lemezes szerkezetet kaptunk. A primer szemcsék mérete és térfogatrésze, valamint a másodlagos szemcsék morfológiája szignifikánsan változott a kovácsolási hőmérséklet és alakváltozási fok függvényében.
(2) Az egytengelyű szerkezet valamivel kisebb szilárdságú, de jobb képlékeny alakváltozási képességgel rendelkezik; a lamellás szerkezet volt a legnagyobb szilárdságú, de a "törékenység" miatt képlékeny alakváltozási képessége gyenge; a bimodális szerkezet egyensúlyban volt a nagy szilárdság és a plaszticitás között, átfogó teljesítménye jobb volt, mint az equiaxed szerkezeté, ami azt jelzi, hogy a túlzottan magas equiaxed primer tartalom gátolná a TC4 mechanikai tulajdonságait.
(3) A hat mikrostruktúra szakítószilárdságú felülete szinte nem mutatott radiális zónát, ami jó plaszticitást és szívósságot jelez, ami összhangban volt a terület és a nyúlás nagymértékű csökkenésével. Az egyentengelyű szerkezet képlékeny törési mechanizmust, míg a bimodális és lamellás struktúrák kvázi-hasítási törési mechanizmust mutattak.
(4) A keménység a kovácsolási hőmérséklet és a deformációs fok növekedésével nőtt. Ugyanilyen deformációs fok mellett, amikor a kovácsolási hőmérséklet 950 fokról 1020 fokra emelkedett, a keménység 8,5%-kal nőtt; ugyanazon a kovácsolási hőmérsékleten, amikor az alakváltozás mértéke 10,7%-ról 69,6%-ra nőtt, a keménység 4,8%-kal nőtt.