Ti-1023 titano strypų savybės ir struktūra

Ti-1023 titano lydinys yra labai patikimas, nebrangus, didelio stiprumo, didelio tvirtumo, beveik beta titano lydinys. Jo vardinė sudėtis yra Ti-10V-2Fe-3Al. Jo pranašumai yra didelis specifinis stiprumas, geras atsparumas lūžiams, didelė gesinama dalis, maža izotropinė anomalija, žema kalimo temperatūra ir stiprus atsparumas korozijai. Jis gali atitikti didelio patikimumo ir mažų gamybos sąnaudų projektavimo reikalavimus, todėl jis plačiai naudojamas aviacijos ir kosmoso srityje.

Šiame straipsnyje apibendrinamas pagrįstas Ti-1023 lydinio strypų gamybos procesas, ištirta luitų sudėtis ir strypų makroskopinės, mikrostruktūros ir mechaninės savybės, ir pasiekti laukiami rezultatai.

1. Eksperimentuokite

Eksperimento metu {{0}}Smulkių dalelių titano kempinė ir kelių elementų pagrindinis lydinys buvo tiekiami kartu 2 t ir tris kartus lydomi vakuuminėje elektros lankinėje krosnyje, kad būtų paruošta 65{{8 }} mm Ti1023 titano lydinio luitas. Pagrindinis komponentas (masės dalis, %) V yra 9,0% ~ 11,0%. , Fe yra 1,6% ~ 2,2%, Al yra 2,6% ~ 3,4%, o likusi dalis yra Ti, kuris atitinka GJB1538 reikalavimus. Plieninį luitą supjaustius į stovus, dugnus ir pjūklo ašmenis, paimami mėginiai iš ašinės apskritimo galvutės, vidurio ir uodegos (1 pav.) ir skerspjūvio 9 valandos padėties (2 pav.) komponentai daugiausia tikrinami naudojant atominės emisijos spektrometriją. Legiruojamųjų elementų (Al, V, Fe) ir kitų priemaišų elementų kiekis.

1 pav. Mėginių ėmimo taškų schema išilginiame luito paviršiuje

2 pav. Scheminė ėminių ėmimo luito skerspjūvio padėtyje 9 val

Išpjaukite atitinkamus pavyzdžius iš Ti-1023 titano lydinio luitų ir naudokite metalografinius metodus, kad nustatytumėte fazės / fazės transformacijos temperatūrą 805–810 laipsnių. Visas luitas apdorojamas ir kaliamas naudojant „aukštas-žemas-aukštas-žemas“ proceso būdą. 45/50MN greito kalimo staklės naudojama plieniniam ruošiniui atidaryti vienfazėje srityje (-fazėje) ir galiausiai iškalta į 160 mm baigtą strypą.

Pagal GJB1538 standartą 20 mm storio ir 80 mm ilgio bandiniai buvo iškirpti išilgai iš 160 mm strypo, taip pat buvo atlikti įvairūs eksploataciniai bandymai, siekiant nustatyti Ti-1023 titano lydinio strypo struktūrą ir mechanines savybes. Išlyginę 20 mm storio bandinį, patikrinkite R būseną, tašką (785 laipsniai × 1,5 h WC 530 laipsniai × 8 h kintamosios srovės) ir kieto tirpalo senėjimą (775 laipsniai × 1,5 h WC 540 laipsnių × 8 h AC). Padidinkite audinį, naudokite ICX41M metalografinį mikroskopą, kad stebėtumėte audinių morfologiją ir padarytumėte metalografines nuotraukas. Po to, kai 80 mm ilgio bandinio strypas buvo termiškai apdorotas 775° × 1,5 h WC ir 540° × 8 h AC mufelinėje krosnyje, H-5550K pusiau automatinis juostinis pjūklas buvo naudojamas skersiniam ir išilginiam pjovimui. mėginių ruošiniai ties D. /4 mėginio blokas. , perdirbami į mechaninių savybių bandymo bandinius pagal standartinius reikalavimus ir atliekami kambario temperatūros tempimo mechaninių savybių bandymai. Tempimo bandymai buvo matuojami CMT5205 tempimo bandymo mašina. Tuo pačiu metu gatavi strypai taip pat atliekami kontaktiniu ultragarsiniu neardomuoju bandymu.

2 Rezultatai ir analizė

2.1. Plieninių luitų cheminės sudėties analizė

Remiantis gaminio mėginių ėmimo reikalavimais, mėginiai buvo imami 9 taškuose išilginėje galvutėje, viduryje, uodegoje ir plieno luito paviršiaus skerspjūvyje, siekiant nustatyti pagrindinių lydinio elementų kiekį įvairiose dalyse. Bandymo rezultatai rodo, kad tabletės cheminė sudėtis atitinka atitinkamų techninių standartų reikalavimus. Visų pirma, priemaišų elementų (C, N, O, H) aptikimo rezultatai išilginio paviršiaus galvutės ir uodegos vietose atitinka standartinius diapazono reikalavimus, o tai rodo, kad luito grynumas yra labai aukštas.

3 paveiksle parodyta statistinė pagrindinių lydinio elementų cheminės sudėties diagrama skirtingose ​​luito dalyse. Mėginių ėmimo vietos yra išilginiai išorinės apvalios galvutės paviršiai, luito vidurys ir uodega (1–3 taškai) ir trys skersiniai galvos, vidurio ir uodegos pjūviai (4–3 taškai0) . Kaip matyti iš 3 paveikslo, pagrindinių elementų Al, V ir Fe cheminė sudėtis, išmatuota viršutiniame, viduriniame ir apatiniame išorinio apskrito paviršiaus taškuose, šiek tiek svyruoja. Al elemento kiekis yra 3,16% ~ 3,24%; V elemento kiekis yra 9.{11}}%. ~1{{20}}.06 %; Fe elemento kiekis yra 1,77% ~ 1,89%; Al ir V elementų nuokrypis yra ne didesnis kaip 0,2%, tarp kurių lengvai atsiskiriančio elemento Fe nuokrypis yra ne didesnis kaip 0,12%, tai rodo, kad gaminamo luito ašinė cheminė sudėtis yra vienoda; luitas Devynių taškų cheminės sudėties bandymas ant galvos, vidurinės ir apatinės sekcijų atitinka standartinius reikalavimus. Pagrindinių elementų Al ir V maksimalus nuokrypis yra ne didesnis kaip 0,13% ~ 0,27%, o lengvai atskirto Fe elemento nuokrypis yra ne didesnis kaip 0,34%. Apskritai, luitas turi gerą vienodumą, o visi elementiniai komponentai atitinka techninius standartus.

3 pav. Lydinio elementų sudėties diagrama skirtingose ​​Ti-1023 titano lydinio luito padėtyse

Plieno luitų vakuuminio lankinio lydymosi metu yra Fe, elementas, kuris yra linkęs atsiskirti, o lydant plieno luitus gali susidaryti netolygi sudėtis arba atsiskyrimas. Remiantis titano lydinio fazių diagrama ir lydinio kietėjimo teorija, normaliomis kietėjimo sąlygomis lydinio elementai, kurių atskyrimo koeficientas k didesnis arba lygus 1, nėra linkę į segregaciją, nebent lydinio elementai ir pagrindinis lydinys nėra visiškai homogenizuojami lydymo metu. procesas; lydiniai, kurių atskyrimo koeficientas k < 1 Elementai, net jei lydinys yra vienalytis išlydytoje būsenoje, kietėjimo metu vis tiek yra tam tikras skirtumas tarp kietosios fazės sudėties ir skystosios fazės sudėties toje pačioje temperatūroje. Elementų kiekis skystoje fazėje visada yra didesnis nei kietoje fazėje, todėl luitas lengvai atsiskiria viduryje ir galvutėje. Kaip matyti iš 3 paveikslo, Fe elemento kiekis yra šiek tiek didesnis sekcijos galvos centre, po to viduryje ir galiausiai uodegoje, o tai atitinka aukščiau pateiktą analizę.

Apskritai Ti-1023 titano lydinio 2t klasės luito pagrindinių lydinio elementų cheminė sudėtis yra tolygiai paskirstyta ir gero grynumo, o visa tai atitinka techninius luito reikalavimus. Tai taip pat iliustruoja žaliavų parinkimo ir liejinio liejimo svarbą lydymo procese. Proceso kontrolė ir kiti aspektai yra pagrįsti ir įmanomi.

2.2. Strypų struktūros ir morfologijos analizė

Ti-1023 titano lydinio suklastotos būsenos (R būsenos) nuotraukos nupjovus bandinį iš 160 mm strypo galvutės ir uodegos padėties, kad būtų išvengta paviršiaus korozijos.

Kaip matyti iš 4 paveikslo, mažo padidinimo strypo struktūra yra vienodo neryškaus kristalo ir nėra metalurginių defektų, tokių kaip atsiskyrimas ir inkliuzai, rodantys, kad kalimo ruošinys yra pakankamai deformuotas. Naudojant didelį 4,500-tonų greitojo kalimo mašinos tonažo slėgį, procesas „aukštas-žemas-aukštas-žemas“ naudojamas daugybei ugnies kaltinių, kad būtų visiškai sulaužyti liejami grūdeliai, atvirkštinis kalimas. ruošinį ir pagerinti ruošinio kalimo įsiskverbimą. charakteristikas, todėl strypo struktūra tampa vienodesnė. Kalimo procesas išnaudoja labai lėto grūdelių augimo apdorojimo ypatybes, kai beveik beta lydinio beta matricos perkristalizacija greitai baigiama, todėl metalo grūdeliai pakartotinai lūžta, daliniai grūdeliai susilieja ir auga, o grūdelių ribos. migruoti, kad galutinė strypo struktūra būtų vienoda. , kuris sudaro gerą pagrindą vienodai meškerykočio struktūrai ir geram veikimui.

4 pav. R būsenos φ160mmTi-1023 titano lydinio strypo nuotraukos skirtingose ​​padėtyse: a) galvutė; b) uodega

Iškirpkite skersinius mėginius iš skirtingų sričių (kraštas, D/4, centras), atitinkančius veleno galvutės padėtį ant strypo bandinio, ir stebėkite R būseną bei mikrostruktūrą po terminio apdorojimo tirpalu sendinimo. , žr. 5 ir 6 paveikslus. Kaip matyti iš 5 paveikslo, lazdelės R būsenos mikrostruktūra susideda iš matricos ir tolygių, smulkių, lygiagrečių pirminių fazių, paskirstytų ant matricos. Vidutinis pirminės fazės dydis yra apie 3,5 μm, o pirminės fazės tūrinė dalis yra didesnė nei 35%. Iš 6 paveikslo matyti, kad po apdorojimo kietu tirpalu, lygiašiai grūdeliai yra akivaizdesni, o tai rodo, kad proceso parametrai, tokie kaip kalimo deformacija, yra pagrįsti.

5 pav. φ160mmTi-1023 titano lydinio strypo R būsenos mikrostruktūra skirtingose ​​padėtyse: a) kraštas; a) kraštas; b) D/4; c) centras

6 pav. Φ160mmTi-1023 titano lydinio strypo mikrostruktūra skirtingose ​​vietose po apdorojimo sendinimo tirpalu: a) kraštas; a) kraštas; b) D/4; c) centras

2.3. Baro taško aptikimo rezultatai

Fe elemento pusiausvyros pasiskirstymo konstanta Ti{{0}} titano lydinyje yra 0,3, o tai turi didelę polinkį segreguotis. Pagrindinė Ti-1023 titano lydinio taškų susidarymo priežastis yra vietinis „Fe“ lydinio medžiagų atskyrimas ir sodrinimas, dėl kurio šios dalies fazinės transformacijos temperatūra yra žemesnė nei matricos, todėl susidaro fazė, kurioje nėra pirminės fazės arba fazės turinys yra palyginti negausus. Turtinga Fe sritis. Taškas rimtai paveiks lydinio plastiškumą ir mažo ciklo nuovargio tarnavimo laiką.

Netolygi TB6 lydinio luitų Fe sudėtis yra „įgimtas“ veiksnys, lemiantis dėmių susidarymą, o vėlesnis terminis apdorojimas ir terminio apdorojimo procesas yra „įgyti“ veiksniai, turintys įtakos dėmių susidarymui. Pagal terminio apdorojimo procesą GJB1538 meškerėms paruošti buvo pasirinktas 785 laipsnių × 1,5 h WC ir 530 laipsnių × 8 h AC. Stebint meškerykočio korpusą, nustatyta, kad lokalių anomalijų lazerio korpuso makroskopinėje morfologijoje nėra (7 pav.); pirminės fazės kiekis mikrostruktūroje buvo apie 15%, o tai atitiko GJB1538 standarto reikalavimą, kad pirminės fazės kiekis būtų didesnis nei 10%. Kaip parodyta 8 paveiksle. Tai rodo, kad lydymo ir kalimo procesas turi tam tikrą reikšmingą poveikį dėmių kontrolei.

8 pav. Φ160 mm Ti-1023 titano lydinio strypo mikrostruktūra: a) kraštas; b) D/4; c) centras

Iš 1 lentelės aiškiai matyti, kad visos strypo savybės atitinka atitinkamų rodiklių reikalavimus. Jis turi didelį plastiškumą, vienodą skersinį ir išilginį stiprumą ir tam tikrą maržą, palyginti su standartine plastiškumo verte. Tai rodo, kad kalimo metu naudojama atitinkama technologija, kad būtų pasiekta gana pakankama deformacija, kad strypo struktūrinis vienodumas visomis kryptimis būtų gana geras, o skirtumas mažas.

2.5. Ultragarsinis strypų tyrimas

Ultragarsinis defektų detektorius SonATEST 380M ir zondas Olympus V109 buvo naudojami ultragarsiniam defektų aptikimui ant Φ160 mm Ti-1023 titano lydinio baigtų strypų. Sprendžiant iš bangos formos, triukšmo lygis yra ne didesnis kaip 20%, triukšmas yra vienodas, o akivaizdžių defektų signalų nėra. , apatinės bangos kitimo amplitudė yra mažesnė nei 6 dB, o triukšmo lygis yra pusė garso kelio? 1,2–9 dB ~ –12 dB (9 pav.), o tai rodo, kad paruošta meškerė gali atitikti GB/T5193-2007 standarto A1 lygio reikalavimus. 9 paveiksle abscisės žymi gylį, o ordinatės – signalo aukštį. Visas ekranas apskaičiuojamas kaip 100%.