Ti-1023 svojstva i struktura štapa od titana

Ti-1023 legura titana je legura titana visoke pouzdanosti, niske cijene, visoke čvrstoće, visoke žilavosti, gotovo beta. Njegov nominalni sastav je Ti-10V-2Fe-3Al. Ima prednosti visoke specifične čvrstoće, dobre lomne žilavosti, velikog kaljenog presjeka, male izotropne anomalije, niske temperature kovanja i jake otpornosti na naponsku koroziju. Može zadovoljiti zahtjeve dizajna visoke pouzdanosti i niske cijene proizvodnje, tako da se naširoko koristi u području zrakoplovstva.

Ovaj članak sažima razuman proces proizvodnje šipki od legure Ti-1023 istraživanjem sastava ingota i makroskopskih, mikrostrukturnih i mehaničkih svojstava šipki, te postiže očekivane rezultate.

1. Eksperimentirajte

U eksperimentu, {{0}}spužvasti titan s malim česticama i glavna legura s više elemenata dodani su zajedno tijekom 2 t i taljeni tri puta u vakuumskoj potrošnoj elektrolučnoj peći kako bi se pripremio 65{{8 }} mm Ti1023 ingot od legure titana. Glavna komponenta (maseni udio, %) V je 9,0%~11,0%. , Fe je 1,6%~2,2%, Al je 2,6%~3,4%, a ostatak je Ti, koji ispunjava zahtjeve GJB1538. Nakon što se čelični ingot izreže na uspone, dno i oštrice pile, uzimaju se uzorci iz aksijalne obodne glave, sredine i repa (Slika 1) i položaja poprečnog presjeka na 9 sati (Slika 2), i komponente se uglavnom ispituju pomoću atomske emisijske spektrometrije. Sadržaj legirajućih elemenata (Al, V, Fe) i drugih nečistoća.

Slika 1. Shematski dijagram točaka uzorkovanja na uzdužnoj površini ingota

Slika 2. Shematski dijagram uzorkovanja na poziciji 9 sati presjeka ingota

Izrežite odgovarajuće uzorke iz ingota Ti-1023 legure titana i upotrijebite metalografske metode da odredite temperaturu transformacije faze/faze na 805~810 stupnjeva. Cijeli ingot se obrađuje i kuje procesnom rutom "visoko-nisko-visoko-nisko". Stroj za brzo kovanje 45/50MN koristi se za otvaranje čelične gredice u jednofaznom području (-fazno područje), te se na kraju kuje u gotovu šipku od 160 mm.

Prema standardu GJB1538, uzorci debljine 20 mm i uzorci duljine 80 mm izrezani su uzdužno iz šipke od 160 mm i provedena su različita ispitivanja performansi kako bi se odredila struktura i mehanička svojstva šipke Ti-1023 legure titana. Nakon što je uzorak debljine 20 mm spljošten, provjerite stanje R, točku (785 stupnjeva × 1,5 h WC 530 stupnjeva × 8 h AC) i starenje čvrste otopine (775 stupnjeva × 1,5 h WC 540 stupnjeva × 8 h AC). Uvećajte tkivo, upotrijebite metalografski mikroskop ICX41M da promatrate morfologiju tkiva i snimite metalografske fotografije. Nakon što je šipka uzorka duljine 80 mm toplinski obrađena na 775 stupnjeva × 1,5 h WC i 540 stupnjeva × 8 h AC u peći s muflom, H-5550K poluautomatska tračna pila korištena je za rezanje poprečnog i uzdužnog uzorci za uzorke na D. /4 blok uzoraka. , obrađeni u uzorke za ispitivanje mehaničkih svojstava u skladu sa standardnim zahtjevima i podvrgnuti ispitivanju mehaničkih svojstava na rastezanje na sobnoj temperaturi. Ispitivanja rastezanja mjerena su na stroju za ispitivanje rastezanja CMT5205. U isto vrijeme, gotove šipke također prolaze kontaktno ultrazvučno ispitivanje bez razaranja.

2 Rezultati i analiza

2.1. Analiza kemijskog sastava čeličnih ingota

U skladu sa zahtjevima za uzorkovanje proizvoda, uzorci su uzeti na 9 točaka na uzdužnoj glavi, sredini, repu i poprečnom presjeku površine čeličnog ingota kako bi se otkrio sadržaj glavnih elemenata legure u različitim dijelovima. Rezultati ispitivanja pokazuju da kemijski sastav tablete zadovoljava zahtjeve relevantnih tehničkih normi. Konkretno, rezultati detekcije sadržaja nečistoća (C, N, O, H) na položajima glave i repa uzdužne površine svi zadovoljavaju zahtjeve standardnog raspona, što ukazuje da je čistoća ingota vrlo visoka.

Slika 3 je statistički dijagram kemijskog sastava glavnih elemenata legure u različitim dijelovima ingota. Lokacije točaka uzorkovanja su uzdužne površine vanjske okrugle glave, sredine i repa ingota (točke 1 do 3) i tri poprečna presjeka glave, sredine i repa (točke 4 do 30) . Kao što se može vidjeti na slici 3, kemijski sastavi glavnih elemenata Al, V i Fe izmjereni na gornjim, srednjim i donjim točkama na vanjskoj kružnoj površini lagano fluktuiraju. Sadržaj Al elementa je 3,16%~3,24%; sadržaj V elementa je 9.86%. ~1{{20}}.06%; Sadržaj Fe elementa je 1,77%~1,89%; Odstupanje elemenata Al i V nije veće od 0.2%, među kojima odstupanje lako odvojenog elementa Fe nije veće od 0,12%, što ukazuje da je aksijalni kemijski sastav proizvedenog ingota ujednačen; ingot Ispitivanje kemijskog sastava u devet točaka na glavi, sredini i dnu ispunjava standardne zahtjeve. Maksimalno odstupanje glavnih elemenata Al i V nije veće od 0,13% ~ 0,27%, a odstupanje lako odvojenog Fe elementa nije veće od 0,34%. Sve u svemu, ingot ima dobru ujednačenost i sve elementarne komponente zadovoljavaju tehničke standarde.

Slika 3. Dijagram sastava elemenata legure na različitim položajima ingota Ti-1023 legure titana

Tijekom procesa lučnog taljenja čeličnih ingota s potrošnim materijalom u vakuumu, postoji Fe, element koji je sklon segregaciji, a može doći do nejednakog sastava ili segregacije tijekom taljenja čeličnih ingota. Prema faznom dijagramu legure titana i teoriji skrućivanja legure, pod normalnim uvjetima skrućivanja, elementi legure s koeficijentom segregacije k Većim ili jednakim 1 nisu skloni segregaciji, osim ako elementi legure i matična legura nisu potpuno homogenizirani tijekom taljenja. postupak; legure s koeficijentom segregacije k < 1 Elementi, čak i ako je legura homogena u rastaljenom stanju, još uvijek postoji određena razlika između sastava krute faze i sastava tekuće faze pri istoj temperaturi tijekom skrućivanja. Sadržaj elementa u tekućoj fazi uvijek je veći nego u čvrstoj fazi, zbog čega se ingot lako odvaja u sredini i glavi. Kao što se može vidjeti na slici 3, sadržaj Fe elementa nešto je veći u središnjoj točki glave presjeka, zatim u sredini i na kraju u repu, što je u skladu s gornjom analizom.

Sveukupno, kemijski sastav glavnih elemenata legure Ti-1023 ingota titanijske legure 2t je ravnomjerno raspoređen i dobre čistoće, a svi oni udovoljavaju tehničkim zahtjevima ingota. Ovo također ilustrira važnost odabira sirovina i lijevanja ingota u procesu taljenja. Kontrola procesa i drugi aspekti su razumni i izvedivi.

2.2. Analiza strukture i morfologije šipki

Fotografije kovanog stanja (R stanje) Ti-1023 legure titana nakon rezanja uzorka s položaja glave i repa šipke od 160 mm radi površinske korozije.

Kao što se može vidjeti na slici 4, struktura šipke s malim povećanjem jednoličan je mutan kristal i nema metalurških nedostataka kao što su segregacija i inkluzije, što ukazuje na to da je sirovina za kovanje postigla dovoljnu deformaciju. Koristeći veliki tonažni pritisak stroja za brzo kovanje od 4,500-tona, procesni put "visoko-nisko-visoko-nisko" koristi se za višestruka vatrena kovanja za potpuno lomljenje lijevanih zrnaca, obrnuto kovanje gredice, i poboljšati prodiranje gredice kod kovanja. karakteristike, čineći strukturu štapa ujednačenijom. Proces kovanja iskorištava prednosti obradnih karakteristika vrlo sporog rasta zrna kada se rekristalizacija beta matrice slitine blizu beta završi brzo, uzrokujući opetovano lomljenje metalnih zrna, spajanje i rast podzrna, a granice zrna migrirati, tako da konačna struktura šipke ima tendenciju da bude ujednačena. , što postavlja dobre temelje za ujednačenu strukturu i dobre performanse štapa.

Slika 4 Fotografije R-stanja šipke od legure titana φ160mmTi-1023 na različitim položajima: (a) glava; (b) rep

Izrežite poprečne uzorke iz različitih područja (rub, D/4, središte) koja odgovaraju položaju glave vretena na ispitnom komadu šipke i promatrajte R stanje i mikrostrukturu nakon toplinske obrade starenjem u otopini. , vidi sliku 5 i sliku 6. Kao što se može vidjeti na slici 5, mikrostruktura R-stanja štapa sastoji se od matrice i uniformnih, finih primarnih faza s jednakim osima raspoređenih na matrici. Prosječna veličina primarne faze je oko 3,5 μm, a volumni udio primarne faze veći je od 35%. Na slici 6 može se vidjeti da su nakon tretmana starenjem u čvrstoj otopini zrna s jednakom osi očiglednija, što ukazuje da su procesni parametri, poput deformacije kovanja, razumni.

Slika 5. Mikrostruktura R-stanja šipke od legure titana φ160mmTi-1023 na različitim položajima: (a) rub; (a) rub; (b) D/4; (c) centar

Slika 6. Mikrostruktura šipke od legure titana Φ160mmTi-1023 na različitim mjestima nakon tretmana starenjem u otopini: (a) rub; (a) rub; (b) D/4; (c) centar

2.3. Rezultati detekcije točke trake

Konstanta ravnotežne distribucije Fe elementa u Ti{{0}} leguri titana je 0,3, koja ima veliku tendenciju segregacije. Glavni razlog za stvaranje točaka u Ti-1023 leguri titana je lokalna segregacija i obogaćivanje materijala "Fe" legure, što rezultira nižom temperaturom fazne transformacije ovog dijela od temperature matrice, čime nastaje faza koja ne sadrži primarnu fazu ili je sadržaj faze relativno oskudan. Područje bogato Fe. To će ozbiljno utjecati na plastičnost i vijek trajanja legure u niskom ciklusu zamora.

Neujednačen sastav Fe ingota legure TB6 je "urođeni" čimbenik koji dovodi do stvaranja mrlja, dok su naknadna toplinska obrada i proces toplinske obrade "stečeni" čimbenici koji utječu na stvaranje mrlja. Prema postupku toplinske obrade u GJB1538, 785 stupnjeva × 1,5 h WC i 530 stupnjeva × 8 h AC odabrani su za pripremu štapova. Promatranje tijela štapića otkrilo je da nije bilo lokalnih abnormalnosti u makroskopskoj morfologiji tijela štapića (Slika 7); sadržaj primarne faze u mikrostrukturi bio je oko 15%, što je zadovoljilo zahtjev standarda GJB1538 da sadržaj primarne faze bude veći od 10%. Kao što je prikazano na slici 8. To pokazuje da proces taljenja i proces kovanja imaju određeni značajan učinak na kontrolu mrlja.

Slika 8. Mikrostruktura šipke od legure titana Φ160mm Ti-1023: (a) rub; (b) D/4; (c) centar

Iz tablice 1 jasno je vidljivo da sva svojstva štapa zadovoljavaju zahtjeve relevantnih pokazatelja. Ima visoku plastičnost, ujednačenu poprečnu i uzdužnu čvrstoću i određenu marginu u odnosu na standardnu ​​vrijednost u plastičnosti. To pokazuje da se tijekom kovanja koristi odgovarajuća tehnologija za postizanje relativno dovoljne deformacije, tako da je strukturna uniformnost šipke u svim smjerovima relativno dobra, a razlika mala.

2.5. Ultrazvučno ispitivanje šipki

SonATEST 380M ultrazvučni detektor grešaka i sonda Olympus V109 korišteni su za provođenje ultrazvučne detekcije grešaka na Φ160 mm Ti-1023 šipkama izrađenim od legure titana. Sudeći po valnom obliku, razina šuma nije veća od 20%, buka je ujednačena i nema očitih signala kvara. , amplituda promjene donjeg vala je manja od 6 dB, a razina buke je pola puta zvuka? 1,2 –9 dB ~ –12 dB (Slika 9), što pokazuje da gotovi štap može zadovoljiti zahtjeve razine A1 standarda GB/T5193-2007. Na slici 9 apscisa predstavlja dubinu, a ordinata visinu signala. Cijeli zaslon računa se kao 100%.