Áhrif hitameðhöndlunarferlis á uppbyggingu og vélræna eiginleika hástyrktar títanálstanga
1. Inngangur
Títan og títan málmblöndur hafa marga framúrskarandi eiginleika eins og mikinn sérstyrk, tæringarþol og háhitaþol. Með aukinni eftirspurn eftir efnisframmistöðu í geimferðum, sjóverkfræði, vopnum og búnaði, lífeðlisfræði, jarðolíu og öðrum sviðum, hafa hástyrktar títan málmblöndur þróast hratt. Næstum gerð títan álfelgur getur fengið framúrskarandi eiginleika af miklum styrk og hörku með bjartsýni vinnslu og hitameðhöndlunarferli Títan málmblöndur með togstyrk upp á 1300MPa, lengingu upp á 6% og brotseigu upp á 50MPa/m2 eru venjulega nefndar ofur-hástyrktar títan málmblöndur Rannsóknir sýna að kornastærð, lengd og þykkt lamella og fasinn við kornmörkin eru helstu þættirnir sem hafa áhrif á styrk og seigju títanblendis. Lamellurnar innan kornanna geta styrkt fylkið og lengt sprunguþensluleiðina, sem er gagnlegt til að hámarka málmblönduna. Sterk hörku. Stöðug kornamörk munu hafa áhrif á mýkt málmblöndunnar, en þegar kornastærðin er stærri en sprunguendaplastsvæðið mun það ekki hafa áhrif á seigleika málmblöndunnar Niinomi o.fl. komist að því að kornastærð Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo málmblöndunnar eykst, sprungukjarnaviðnám eykst og brotseigja málmblöndunnar batnar. Til þess að fá títan málmblöndur með miklum styrk og hörku, eru títan málmblöndur venjulega hitameðhöndlaðar í fasasvæðinu til að fá jafnása korn í stærri stærð, og full lamellar uppbyggingin fæst með frekari öldrun styrkingu til að bæta styrk málmblöndunnar.
fasasvæðismeðferð myndar jafnáxuð korn. kornastærð og styrkleiki kornamarka eru helstu þættirnir sem hafa áhrif á styrk og hörku títan málmblöndur af miklum krafti. Það er hagkvæm leið til að stjórna örbyggingu títan málmblöndur með því að stilla hitameðhöndlunarferlisbreytur. Og áhrifarík styrking þýðir. Í þessari grein er hægt að fá mannvirki með mismunandi kornastærð og mismunandi formgerð kornamarka með því að stjórna hitameðhöndlunarkerfi hástyrkrar títan málmblöndur. Áhrif lausnartímans í föstu formi á fasasvæðinu á kornastærð og vélrænni eiginleika hástyrktar títan málmblöndur eru rannsökuð. Tveggja þrep Áhrif grófgerðar hegðun kornmarka á vélræna eiginleika málmblöndur meðan á föstu lausnarferlinu stendur gefur fræðilega viðmiðun fyrir iðnaðarframleiðslu á hástyrktar títan málmblöndur.
2. Tilraun
Títan álfelgur sem notaður var í tilrauninni er ný tegund af Ti-Al-Mo-V-Cr-X álfelgur sjálfstætt þróuð af rannsóknarhópi höfundar. Umbreytingarpunktur málmblöndunnar er um 800 gráður. Eftir þrisvar sinnum tómarúmsbráðnun er hleifurinn fengin. Eftir að fasasvæðið er opnað eru (+) fasasvæðið og fasasvæðið svikin til að fá stóra títan álstöng með þvermál 400 mm.
Til að koma í veg fyrir ófullnægjandi einsleitni í stórri stöngbyggingu og hafa áhrif á niðurstöður tilrauna var aðeins tekið sýni úr kjarnaefni falsaða stöngarinnar. Ýmsar hönnunaraðferðir fyrir hitameðhöndlun eru sýndar á mynd 1. Málblöndusýnin var meðhöndluð í fastri lausn á fasasvæðinu, haldið í 5 til 240 mínútur, loftkælt og síðan sameinað við 530 gráður í 4 klst öldrun, eins og sýnt er. á mynd 1a. Málblönduna er sett í tveggja þrepa fasta lausn, tveggja þrepa fasta lausn aðferð A: fyrst fast lausn við hitastig hærra en fasabreytingarpunktinn (820 gráður) í 1 klukkustund, síðan loftkæld í stofuhita og síðan framhjá í gegnum (+) fasasvæðið við mismunandi hitastig (740, 760 og 780 gráður) í sömu röð og síðan loftkælt niður í stofuhita (reiknað sem 820 + 740, 820 + 760 og 820 +780 í sömu röð) í 1 klukkustund, og loks undirgengist 530 gráður/4klst öldrunarmeðferð, eins og sýnt er á mynd 1b. Tveggja þrepa fastlausnaraðferð B: Lausn í föstu formi við 820 gráður í 1 klukkustund, síðan kæld hægt í ofni í mismunandi hitastig á ( + ) fasasvæðinu (740, 760 og 780 gráður ), haldið í 1 klukkustund og síðan loftkælt niður í herbergi. hitastig (reiknað í sömu röð sem 820 ~ 740, 820 ~ 760 og 820 ~ 780), og að lokum undirgengist 530 gráður / 4 klst öldrunarmeðferð, eins og sýnt er á mynd 1c.
Eftir að ofangreind fasta lausn og öldrunarmeðhöndluð sýni voru vélrænt maluð, fáguð og efnafræðilega etsuð, sást málmblöndunarbyggingin með því að nota málmsmásjá og TESCAN MIRA3 rafeindasmásjá. INSTRON5982 togvélin var notuð til að gera samræmda togtilraunir á hverjum hópi sýna og toghraðinn var 0. 5 mm/mín. SANS-ZBC2452-C höggprófunarvélin úr málmpendúli var notuð til að framkvæma Charpy U-laga opnunarprófun úr málmi á hverjum hópi sýna.
3. Niðurstöður og umræður
Með því að stjórna föstu lausninni og öldrun hitameðhöndlunarfyrirkomulagsins fékkst títan málmblöndu með jafnásuðum kornum og lamellum og áhrif kornastærðar og formgerð kornamarka á vélræna eiginleika ofur-hástyrks títan málmblöndur voru könnuð.
3.1 Áhrif kornastærðar á vélræna eiginleika málmblöndur
Títan málmblöndunni var haldið við 820 gráður í 5 til 240 mínútur, síðan loftkælt niður í stofuhita og síðan kælt við 530 gráður í 4 klukkustundir. Örbyggingin er sýnd á mynd 2. Þegar lausnartíminn í föstu formi er 5 og 10 mínútur, vegna skamms geymslutíma, hefur ekki sést endurkristölluð korn og enn er hægt að fylgjast með bognum upprunalegum kornamörkum og kornþvermálin eru 154 og 143 μm í sömu röð. Þegar lausnartíminn í föstu formi er 20 mínútur, má sjá nokkur endurkristölluð korn með bein kornamörk. Stærð endurkristallaðra korna er lítil, með þvermál 55 μm. Þegar lausnartíminn í föstu formi er 30 mínútur eru öll kornamörk málmblöndunnar bein og skýr, sem gefur til kynna að málmblendin hafi endurkristallast að fullu og á sama tíma hafa endurkristölluðu kornin stækkað og þvermál þeirra er um 88 μm. Hægt er að sjá ósamfelld kornamörk þegar fasta lausnin er leyst upp í 5 og 10 mínútur, eins og sýnt er á myndum 3a og 3b; þegar lausnartíminn í föstu formi er 20 mínútur, má sjá bein kornamörk sem hafa endurkristallast (Mynd 3c), sem eru ekki alveg endurkristölluð. Enn er hægt að sjá lítið magn af frumfasa við kristöllun; þegar lausnartíminn í föstu formi er 30 mínútur, eru aðeins bein kornamörk (Mynd 3d) og málmblönduna er algjörlega endurkristölluð á þessum tíma.
Eins og sýnt er á mynd 2e ~ 2f, þegar lausnartíminn í föstu formi eykst, vaxa endurkristölluðu kornin jafnt og stærðin eykst smám saman. Þegar lausnartíminn í föstu formi nær 240 mínútum er kornastærðin stærst, með þvermál um það bil 186 μm. Vöxtur korns er afleiðing af flutningi viðmóta. Hægt er að gefa upp drifkraft flutnings viðmóts við stöðugt hitastig sem formúlu (1):
Í formúlunni er tengiorkan (J/m2); R er sveigjuradíus viðmótsins (m); p er drifkraftur tengiflæðis (J/m3). Því minni sem kornradíus er, því meiri sveigjanleika viðmótsins. Því minni sem sveigjuradíus tengisins er, því meiri drifkraftur fasabreytinga og því meiri flæðishraði tengisins. Flutningsferli viðmótsins er ferlið við að draga úr sveigju viðmótsins og draga úr fríorkumun á báðum hliðum viðmótsins [15]. Þess vegna, meðan á jafnhitalausninni stendur, eftir því sem geymslutíminn eykst, halda sum stærri kornanna áfram að vaxa, en smærri kornin minnka smám saman og hverfa að lokum þegar kornmörkin flytjast til.
Þess vegna sést mikill munur á kornastærð í örbyggingunni með fastri lausnartíma 60 ~ 240 mín. Sambandið á milli kornastærðar og lausnartíma í föstu formi er sýnt á mynd 4. Þegar málmblönduna er algjörlega endurkristölluð verður kornastærðin verulega stærri eftir því sem lausnartíminn eykst. Breyting á vélrænni eiginleikum ofur-hástyrktar títan álfelgur með lausnartíma er sýnd á mynd 5. Þegar lausnartíminn er 5 ~ 20 mínútur er styrkur málmblöndunnar hærri, en mýkt og seigja eru minni. Þetta er vegna þess að lausnartíminn er stuttur og málmblöndun er ekki fullkomlega mynduð. Eftir endurkristöllun er eitthvað af upprunalega vefnum enn haldið eftir. Þegar lausnartíminn í föstu formi er á bilinu 30 til 240 mínútur, fer málmblöndun í gegnum algjöra endurkristöllun. Þegar lausnartíminn í föstu formi eykst eykst kornþvermálið úr 88 í 186 μm. Vélrænni eiginleikar málmblöndunnar og lausnartíminn í föstu formi eru ekki í samræmi við línulega lögmálið. Greining sýnir að þegar lausnartíminn í föstu formi er 60 mínútur, veldur mikill fjöldi lítilla korna sem myndast vegna tengiflæðis staðbundnum streitustyrk. Á þessum tíma nær álfelgur og togstyrkur hæstu. , í sömu röð 1346 og 1391MPa. Lausnartíminn í föstu formi hefur engin marktæk áhrif á lengingu, flatarmálsminnkun og höggseigju málmblöndunnar. Þetta er vegna þess að kornastærð málmblöndunnar er minni eftir stuttan tíma með fastri lausn, sem eykur möguleika á millikorna sprungu. Á sama tíma, á vissum Sprunguþensluleiðin er framlengd að vissu marki; eftir því sem lausnartíminn í föstu formi eykst, eykst þvermál korna og fjöldi kornamarka minnkar, sem dregur úr möguleikanum á millikorna sprungu og bætir mýkt og seigleika málmblöndunnar. Þess vegna, miðað við ofangreinda tvo þætti, hefur lausnartíminn í föstu formi engin marktæk áhrif á mýkt og seigleika málmblöndunnar.
3.2 Áhrif kornmarkaformgerðar á vélræna eiginleika málmblöndur
Til að kanna áhrif kornamarksformfræði á vélrænni eiginleika málmblöndunnar var tveggja þrepa fastlausnaraðferð A og B notuð til að fá grófa uppbyggingu kornmarka. Eftir öldrunarmeðferð fellur lamellar aukafasinn út í fylkið og samræmist Burgers stefnusambandinu við fylkið. Stærð og þykkt efri lamellanna fer eftir öldrunarhitastigi og tíma. Til að koma í veg fyrir áhrif formfræði efri lamellanna á vélræna eiginleika málmblöndunnar, voru uppbyggingar í föstu lausninni sem fengust með aðferðunum tveimur sameinuð við 530 gráður og öldruð í 4 klukkustundir til að fá endanlega. Örbyggingin er sýnd á mynd 6. Míkron-stig auka lamella af svipaðri stærð og þykkt er jafnt raðað í fylkið. Hægt er að sjá gróft fyrirbæri kornmarkanna við mismunandi hitameðhöndlunaraðstæður. Því lægra sem fasta lausnarhitastig (+) fasasvæðisins er, grófst fyrirbæri kornmarkanna. Því augljósara er það.
Í tveggja þrepa fastri lausnaraðferð A, fær títanblendi-gerðin jafnáxuð korn með bein kornamörk eftir fasta lausn á fasasvæðinu, og fasinn myndast í öðru fasa (+) fasa svæði fastlausnarþrepsins. Vegna mikils innihalds stöðugleikaþátta í ofur-hástyrktar títan málmblöndur og tiltölulega stöðugs fylkis, er orkan sem þarf til kjarnamyndunar með hjálp kornamarka mun minni en orkan sem þarf til samræmdra kjarnamyndunar innan kristalsins sjálfs [ 16,17], þannig að fasinn tekur forystuna í kristalnum. Það myndast við mörkin og vex smám saman inn í kornið og myndar gróf kornamörk eins og sýnt er á mynd 6a~6c. Þegar hitastig föstu lausnarinnar á (+) fasa svæðinu er 740 gráður, sést lítið magn af frumfasa í kristalnum á mynd 6a. Samkvæmt varmafræðilegu jafnvægisfasa skýringarmynd títan álfelgur eykst hlutfall fasa þegar hitastig fasta lausnarinnar lækkar. Hitastigið við 740 gráðu fasta lausn er lægra og meiri ofurkæling eykur drifkraft kjarna og stuðlar að kjarnamyndun fasa. Þegar hitastig föstu lausnarinnar eykst getur mikilvæga kjarnamyndunarvinnan sem ofkæling veitir ekki yfirstigið kjarnaorkuhindrunina. Þess vegna er ekki hægt að sjá tilvist frumfasa í kristalnum meðan á föstu lausninni stendur við 760 og 780 gráður og þar sem (+) Hitastig föstu lausnarinnar á fasasvæðinu lækkar og hversu gróft kornmörkin eru augljós. Í tveggja þrepa fastri lausnaraðferð B, eftir fasta lausn í fasasvæðinu, er ofninn kældur hægt niður í (+) fasasvæðið og haldið við mismunandi hitastig. Kælihraði ofnkælingarinnar er um 1 gráðu/mín.
Vegna lágs kælihraða er hvorki samsetning né hitasveifla í fylkinu á upphafsstigi hæga kælingarferlisins, sem gerir frumfasanum erfitt fyrir að kjarna í kornunum. Eftir því sem kælingartíminn eykst lækkar hitastig föstu lausnarinnar smám saman og frumfasinn fellur út meðfram kornamörkunum með hluta af kornamörkunum sem misleita kjarnapunkta og vex smám saman inn í kornin. Í títan málmblöndur eykst hlutfall frumfasa þegar hitastig föstu lausnarinnar á (+) fasasvæðinu lækkar. Í lausnarham B, því lægra sem fasta lausnarhitastig (+) fasasvæðisins er, grófst kornmörkin. Því meiri fjöldi.
Hins vegar, á myndum 6d~6f, sést ekki að hitastig föstu lausnarinnar á (+) fasasvæðinu hafi veruleg áhrif á grófunarstig kornmarkanna. Þetta er vegna þess að því lægra sem hitastig föstu lausnarinnar er, því lægra er hreyfiafl sem stuðlar að vexti kornmarka, sem er ekki stuðlað að vexti kornmarka.
Málblönduna var leyst upp í föstu formi á tvo vegu og síðan öldruð jafnt. Togeiginleikar þess og höggeiginleikar eru sýndir á mynd 7. Það eru svipaðar reglur fyrir tvo fasta lausnarhætti. Þegar hitastig föstu lausnarinnar í (+) fasasvæðinu eykst, eykst styrkur og mýkt málmblöndunnar, en breytingin á höggseigni er ekki augljós. Ásamt örbyggingargreiningunni er talið að í tveggja þrepa fastri lausnarstillingu A, því lægra sem hitastig föstu lausnarinnar á (+) fasasvæðinu er, því marktækari eru grófu áhrifin á kornmörkum; en í tveggja þrepa fastri lausnarstillingu B, (Því lægra sem hitastig föstu lausnarinnar er á + ) fasasvæðinu, því grófari kornmörk eru og á sama tíma minnka styrkur og mýkleiki málmblöndunnar, sem gefur til kynna að kornið Grófun landamæra gerir kornamörkin veikari og hefur áhrif á styrk og mýkt málmblöndunnar. Þetta er vegna þess að grófu kornamörkin eru samsett úr frumfasa og lamellurnar sem myndast eftir öldrun styrkja fylkið, sem gerir styrk þess mun meiri en kornmarksfasans. Þess vegna afmyndast grófu kornamörkin helst meðan á togtilrauninni stendur, en erfitt er að afmynda styrkt fylkið. Þegar aflögunarstig eykst, safnast álagið á kornmörkin til að mynda sprungur, og sprungurnar eru tilhneigingu til að breiða út meðfram kornmörkunum og valda millikornabroti, sem leiðir til samtímis lækkunar á styrk og mýkt málmblöndunnar [ 17]. Málblönduna gengur aðeins í gegnum fasta lausn og öldrun á fasasvæðinu án þess að grófa kornmörkin. Flutningsstyrkur þess er 1346 MPa, togstyrkur er 1391 MPa og lengingin er 5%, eins og sýnt er á mynd 5 eftir 60 mínútur af fastri lausn. Aftur á móti, eftir að tveggja þrepa fasta lausnin grófir kornmörkin, minnkar styrkurinn og mýktin í mismiklum mæli. Þar á meðal eru kornmörk grófunaráhrif aðferðar A í föstu lausnum mikilvægari en aðferð B í föstu lausnum, þannig að heildarstyrkur málmblöndunnar er minni. .
Mynd 8 sýnir formgerð togbrota tveggja tegunda tveggja þrepa fastrar lausnar og sameinaðrar öldrunar. Það sést að það er mikill fjöldi flatra hliða á stórsæju broti sýnisins. Frekari athugun á myndum með mikilli stækkun af brotinu sýnir að þessir hliðar eru sléttar og flatar, sem eru dæmigerðar meðfram brúnunum. Það eru líka smá dýptar dældir á yfirborði kristallaðra brota, sem gefur til kynna að brotakerfið sé blandað brotakerfi með millikornabrot. Með samanburði kom í ljós að sléttari og flatari millikorna brotfletir sáust í tveggja þrepa solid lausnaraðferð A, sem sannreyndi einnig að sýni með marktæk kornmörk grófgerð áhrif eru líklegri til að gangast undir millikornabrot, sem gerir málmblönduna styrkleika og mýktin verri á sama tíma. . Því ætti að forðast að grófa kornmörk með lægri styrk í raunverulegu framleiðsluferlinu og rannsaka þarf vandann með veik kornmörk ítarlega.
4 Niðurstaða
(1) Fyrir ofursterkar títan málmblöndur sem eru leystar í föstu formi fyrir ofan fasabreytingarpunktinn (800 gráður) og síðan öldrunarmeðhöndlaðar við 530 gráður, þegar lausnartíminn eykst, er meðalkornastærð á málmblendin eykst smám saman og -kornamörk jafnhitalausnarferlisins í föstu formi Flutningur, sum korn vaxa upp og sum korn minnka þar til þau hverfa. Þetta ferli mun valda miklum mun á kornastærð. Einangrun fasasvæðisins í 30 til 240 mínútur hefur engin marktæk áhrif á togeiginleika og höggeiginleika málmblöndunnar.
(2) Ofur-hástyrkt títan álfelgur er undirgefinn tveggja þrepa fasta lausn og 530 gráðu öldrunarmeðferð. Í aðferð A í föstu lausninni (fasasvæðið er kælt niður í stofuhita og síðan (+) fasasvæðið er leyst í föstu formi), þar sem í öðru þrepi (+) lækkar hitastig föstu lausnarinnar á fasasvæðinu og kornið Grófandi áhrif á mörk koma smám saman í ljós. Vegna mikillar ofurkælingar við fasta lausn við 740 gráður myndast frumfasi inni í sumum kornum; í fastri lausnarstillingu Í B (fasasvæðið er leyst upp í föstu formi og síðan er ofninn kældur niður í ( + ) fasasvæðið), grófur hægur kælihraði aðeins hluta af kornamörkunum. Þegar hitastig föstu lausnarinnar lækkar vex fasinn í kornamörkunum. Kemísk drifkraftur minnkar, þannig að grófandi áhrif kornamarka eru jafngild við mismunandi hitastig í föstu lausninni, en því lægra sem hitastig föstu lausnarinnar er, því meiri er fjöldi grófra kornamarka.
(3) Styrkur grófu kornamarkanna er lítill og hann afmyndast helst meðan á aflögunarferlinu stendur, sem leiðir til streitustyrks og sprungna. Sprungan breiðist út meðfram korninu sem veldur því að styrkur og mýktleiki málmblöndunnar minnkar á sama tíma. Því augljósari sem áhrif grófunar kornmarka eru, því meiri áhrif hafa á styrk málmblöndunnar. Og því meiri sem áhrifin hafa á mýkt, þar sem kornastærð breytist ekki, hefur engin marktæk áhrif á höggseigleika málmblöndunnar.
Heimildir Tilvísanir
[1] WANG H, ZHAO Q, XIN S, o.fl. Efnisvísindi og verkfræði:A[J], 2021, 3: 141626.
[2] KANG LM, YANG C. Advanced Engineering Materials[J], 2019,21(8): 1801359.
[3] CHENG J, LI JS, YU S, o.fl. Málmar[J], 2021, 11(1): 11.
[4] CHENG J, LI JS, YU S, o.fl. Frontiers in Materials[J], 2020,7: 114.
[5] CHENG J, WANG HC, LI JS, o.fl. Frontiers in Materials[J], 2020, 7: 228.
[6] Chen Wei, Liu Yunxi, Li Zhiqiang. Journal of Aeronautical Materials[J], 2020, 40(3): 63-76.
CHEN W, LIU YX, LI Z Q. Journal of Aeronautical Materials[J], 2020, 40(3):63-76.
[7] Xin Shewei, Zhou Wei, Li Qian, o.fl. Framfarir í efni í Kína [J], 2021, 40(6):441-445.
XIN SW, ZHOU W, LI Q, o.fl. Efni Kína[J], 2021, 40 (6):441-445.
[8] WANG Y, CHEN R, CHENG X, o.fl. Journal of Materials Science & Technology[J], 2019, 35(2): 403-408.
[9] ZHOU W, GE P, ZHAO YQ, o.fl. Rare Metal Materials and Engineering[J], 2017, 46(8): 2076-2079.
[10] Niinomi M, Inagaki I, Kobayashi T. Efnisvísindi og tækni[J], 1988, 4(9): 803-8
[11] GAO X, ZHANG L, CHEN X, o.fl. Efnislýsing [J], 2020, 167:110492.
[12] FENG X, QIU JK, MA YJ, o.fl. Journal of Materials Science & Technology[J], 2016, 32(4):362.
[13] Efnafræði, Efnafræði, Efnafræði.Ný Tímarit af Efnafræði[ J], 2018, 39(4):31-36.
GUO P, ZHAO YQ, HONG Q. Viðskipti á efnum og hitameðferð[J], 2018, 39(4):31-3
[14] PEDERSON R, NIKLASSON F, SKYSTEDT F, et al. Efnisvísindi og verkfræði:A[J], 2012, 552: 555-565.
[15] LIU X, ZHUANG K, LIN S, o.fl. Kristallar[J], 2017, 7(5):128-140.
[16] HUANG SS, ZHANG JH, MAY J, o.fl. Journal of Alloys and Compounds[J], 2019, 791: 575-585.
[17] GAO X, ZENG W, ZHANG S, o.fl. Acta Materialia[J], 2017,122: 298-309.
[18] SHEKHAR S, SARKAR R, KAR S, o.fl. Efni og hönnun[J],2015, 66: 596-610.
