TC4-titaaniseoksen mikrorakenteen ja ominaisuuksien parantaminen hehkutuksen avulla
Titaania ja sen seoksia käytetään laajalti ilmailu-, auto-, kemian- ja meriteollisuudessa niiden etujen, kuten alhaisen tiheyden, suuren ominaislujuuden ja erinomaisen korroosionkestävyyden, ansiosta.TC4titaaniseos sisältää 6 % -faasistabiloivaa elementtiä Al ja 4 % -faasistabiloivaa elementtiä V, joka kuuluu Ti-Al-V-järjestelmän tyypilliseen + kaksivaiheiseen-lämmöllä-vahvisteiseen titaaniseokseen. Sillä on hyvät mekaaniset ominaisuudet ja prosessoitavuus, ja siitä voidaan valmistaa puolivalmiita tuotteita, kuten tankoja, profiileja, levyjä ja takeita, joita ihmiset suosivat yhä enemmän.
Tällä hetkellä kotimainen tutkimus keskittyy pääasiassa TC4-titaaniseoksen korkeisiin-lämpötiloihin, virumisominaisuuksiin ja lämpöstabiilisuuteen, mutta sen käytännön suorituskyvyn optimoinnista järkevillä lämpökäsittelyprosesseilla on vielä suhteellisen vähän tutkimusta. Tässä artikkelissa tutkitaan lämpökäsittelyprosessien vaikutusta materiaalin mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin altistamalla TC4-titaaniseoslevyille erilaisia lämpökäsittelyprosesseja, millä on tärkeä teoreettinen ja käytännön merkitys.
Ensinnäkin titaanisieni, erittäin -puhtaus alumiini (99,99 %) ja alumiini-vanadiinilejeerinki sulatettiin tyhjiövesi-jäähdytteisessä kupariupokkaassa, ei--kulutuskaariuunissa sähkömagneettisen sekoituksen ja argonsuojauksen alaisena. Lejeerinkin koostumus sulatuksen jälkeen (massaosuuden perusteella, %) oli: 6,29 Al, 4,14 V, 0,029 Fe, 0,023 C, 0,19O, ja loppuosa oli Ti. Näytteiden kemiallisen koostumuksen tasaisuuden varmistamiseksi valmistettiin TC4-titaaniseostangot kolminkertaisella uudelleensulatuksella ja valssaamalla titaanilevyiksi, joiden paksuus oli 3 mm, minkä jälkeen suoritettiin jännitys-hehkutus 650 asteessa 4 tunnin ajan. Myöhemmin hehkutetut levyt prosessoitiin mikrorakenteen havainnointinäytteiksi ja vetokoenäytteiksi, ja niille suoritettiin seuraavat kolme erilaista lämpökäsittelyprosessia:
1. Hehkutuskäsittely: 790 astetta × 3 tuntia, uunin jäähdytys.
2. Liuossammutus: 980 astetta × 1 tunti, vesijäähdytys.
3. Liuoksen vanhentaminen: 980 astetta × 1 tunti, vesijäähdytys + 580 aste × 8 tuntia, uunijäähdytys.
Lämpökäsittelyn jälkeisille näytteille tehtiin mikrorakenneanalyysi ja vetoominaisuuksien testaus.
Lämpökäsittelyn vaikutus TC4-titaaniseoksen mikrorakenteeseen ja ominaisuuksiin
1. Hehkutuskäsittely
Hehkutuksen jälkeen materiaalin molemmissa vaiheissa tapahtuu uudelleenkiteytystä. Tapahtuu --vaiheen uudelleenkiteytyminen, jolloin epämuodostuneeseen matriisiin saostuu monikulmaisia pieniä rakeita; uudelleenkiteytetty -faasi saostaa toissijaisen -vaiheen. Lopullisessa mikrorakenteessa on -vaihe, joka on jakautunut tasaisesti -vaihemuunnoksen matriisiin, jolla on yleinen yhtenäinen mikrorakenne. Hehkutus eliminoi sisäisen jännityksen, parantaa plastisuutta ja mikrorakenteen vakautta, mutta johtaa lujuuden ja kovuuden heikkenemiseen.
2. Liuossammutus
Liuossammutuksen jälkeen -lamellien kuvasuhde pienenee merkittävästi, suorat -lamellit kiertyvät ja jatkuva -vaiheen rajapinta tuhoutuu muodostaen lamelli- tai kori{3}}kudos--vaiheen. Korkean-lämpötilan alueelta tulevan nopean jäähtymisen vuoksi -vaiheella ei ole tarpeeksi aikaa muuttua täysin -vaiheeksi, mikä johtaa metastabiilin -vaiheen muodostumiseen. Huoneenlämmössä mikrorakenne koostuu pääasiassa martensiittisesta ''- ja metastabiilista -faasista, jonka lujuus ja kovuus ovat lisääntyneet, mutta sitkeys pienenee merkittävästi.
3. Ratkaisun vanheneminen
Liuoksen vanhentamisen jälkeen osa martensiittisesta ''- ja metastabiilista -faasista hajoaa ja muuttuu stabiiliksi hajautetuksi -faasiksi ja -faasiksi. Hehkutukseen verrattuna lujuus ja kovuus paranevat edelleen vanhenemisen jälkeen, mutta sitkeys heikkenee hieman. Kattavan analyysin avulla liuoksen vanhenemisprosessi parantaa titaaniseoksen kokonaisominaisuuksia.
Johtopäätös
TC4-titaaniseoslevyjen tutkimus erilaisilla lämpökäsittelyprosesseilla osoittaa, että:
● Hehkutuskäsittely voi parantaa plastisuutta ja mikrorakenteen vakautta, mutta vähentää lujuutta ja kovuutta.
● Liuoskarkaisu parantaa merkittävästi lujuutta ja kovuutta, mutta vähentää huomattavasti sitkeyttä.
● Liuoksen vanheneminen tasapainottaa jossain määrin lujuus-, kovuus- ja sitkeysvaatimuksia, mikä parantaa merkittävästi materiaalin kokonaisominaisuuksia.
Lämpökäsittelyprosessien järkevä valinta on erittäin tärkeä TC4-titaaniseoksen mekaanisten ominaisuuksien optimoinnissa, mikä tarjoaa teknistä tukea sen sovelluksille korkean suorituskyvyn aloilla, kuten ilmailuteollisuudessa.
