Cấu trúc vi mô và tính chất của thanh hợp kim titan Ti-1023
Thanh Titan Ti 1023được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Bài viết này giới thiệu việc sử dụng thỏi hợp kim titan 650 mm Ti-1023 do Tân Cương Xiangrun sản xuất để sản xuất thanh 160 mm thông qua nhiều biến dạng rèn thông qua quy trình "cao-thấp-cao-thấp". Các tính chất vĩ mô, vi cấu trúc và cơ học của thanh được so sánh và phân tích, kết quả cho thấy: thanh thể hiện hạt mờ đồng nhất về mặt vĩ mô, cấu trúc vi mô là cấu trúc xử lý vùng hai pha đồng nhất và pha sơ cấp đẳng trục phân bố đều trên ma trận; sau khi xử lý nhiệt, các tính chất cơ học và phát hiện siêu âm của thanh đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn liên quan.
Thanh Titan Ti 1023 là hợp kim gần titan có độ bền cao và độ dẻo dai cao với độ tin cậy cao và chi phí thấp. Thành phần danh nghĩa là Ti-10V-2Fe-3Al. Ưu điểm của kích thước nhỏ, nhiệt độ rèn thấp và khả năng chống ăn mòn ứng suất mạnh có thể đáp ứng các yêu cầu thiết kế về độ tin cậy cao và chi phí sản xuất thấp nên được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.
1. Thí nghiệm
Trong thí nghiệm, tổng cộng 2 tấn titan xốp hạt nhỏ cấp A và hợp kim tổng thể đa nguyên tố đã được nạp và nấu chảy ba lần trong lò hồ quang điện tiêu hao chân không để chuẩn bị ?65{{7} } mmTi1023 phôi hợp kim titan. Thành phần chính (phần khối lượng, %) V là 9,0%~11,0 %, Fe là 1,6%~2,2%, Al là 2,6%~3,4% và phần còn lại là Ti, đáp ứng yêu cầu của GJB1538. Sau khi cắt ống đứng, cắt đáy và cưa tâm phôi, mẫu được lấy ở phần đầu, giữa, đuôi của vòng ngoài trục (Hình 1) và tại vị trí 9 giờ của mặt cắt ngang. (Hình 2), và các thành phần chính được kiểm tra bằng phép đo phổ phát xạ nguyên tử. Hàm lượng các nguyên tố hợp kim (Al, V, Fe) và các nguyên tố tạp chất khác.
Một lượng khối mẫu thích hợp được cắt từ đầu phôi hợp kim titan Ti-1023 và nhiệt độ biến đổi của pha +/pha được đo bằng phương pháp kim loại học là 805~810 độ. Toàn bộ phôi được xử lý và rèn bằng quy trình "cao-thấp-cao-thấp" và máy rèn nhanh 45/50MN được sử dụng để mở phôi trong khu vực một pha (khu vực -phase), và cuối cùng được rèn thành thanh hoàn thiện 160 mm.
Theo tiêu chuẩn GJB1538, cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thanh hợp kim titan Ti-1023 được cắt từ thanh 160 mm dọc theo hướng dọc để cắt các mẫu mẫu dày 20 mm và thanh mẫu dài 80 mm cho các thử nghiệm hiệu suất khác nhau. Trạng thái R, điểm (785 độ ×1,5 h WC+530 độ ×8 h AC) và lão hóa dung dịch (775 độ ×1,5 h WC+540 độ ×8 h AC) sau khi xử lý trên mặt đầu phẳng của mẫu vật dày 20 mm Sử dụng kính hiển vi kim loại ICX41M để quan sát hình thái cấu trúc và chụp ảnh kim loại. Sau khi thanh mẫu dài 80 mm được xử lý nhiệt trong lò nung ở nhiệt độ 775 độ ×1,5 h WC+540 độ ×8 h AC, các mẫu ngang và dọc được cắt ở D/4 của tấm mẫu với một Máy cưa vòng bán tự động H-5550K Phôi được gia công thành mẫu thử nghiệm hiệu suất cơ học theo yêu cầu tiêu chuẩn và thử nghiệm độ bền kéo của hiệu suất cơ học ở nhiệt độ phòng được thực hiện trên đó và thử nghiệm độ bền kéo là đo trên một Máy kiểm tra độ bền kéo CMT5205 Đồng thời, việc kiểm tra không phá hủy bằng siêu âm tiếp xúc được thực hiện trên các thanh đã hoàn thiện.
2. Kết quả và phân tích
2.1. Phân tích thành phần hóa học của phôi
Theo yêu cầu lấy mẫu sản phẩm, mẫu được lấy tại 9 điểm dọc đầu, giữa, đuôi và mặt cắt ngang của bề mặt phôi để phát hiện hàm lượng các nguyên tố hợp kim chính ở các bộ phận khác nhau. Kết quả thử nghiệm cho thấy thành phần hóa học của phôi đạt yêu cầu của quy chuẩn kỹ thuật liên quan. Đặc biệt, kết quả kiểm tra hàm lượng các nguyên tố tạp chất (C, N, O, H) ở đầu và đuôi bề mặt dọc đều đáp ứng yêu cầu của phạm vi tiêu chuẩn, cho thấy phôi có độ tinh khiết cao.
Trong quá trình nấu chảy hồ quang tiêu hao chân không của phôi, có nguyên tố Fe dễ bị phân tách và thành phần hoặc sự phân tách không đồng nhất có thể xảy ra trong quá trình nấu chảy phôi. Theo sơ đồ pha hợp kim titan và lý thuyết hóa rắn hợp kim, trong điều kiện hóa rắn thông thường, các nguyên tố hợp kim có hệ số phân tách k Lớn hơn hoặc bằng 1 không dễ bị phân tách, trừ khi các nguyên tố hợp kim và hợp kim trung gian không đủ đồng nhất trong quá trình nấu chảy quá trình; hệ số phân tách k< 1 alloy elements, even if the alloy is uniform in the molten state, there is still a certain difference between the solid phase composition and the liquid phase composition at the same temperature during solidification, and the element content in the liquid phase is always higher than that in the solid phase, which leads to casting Ingots tend to segregate in the middle and head.
Nhìn chung, thành phần hóa học của các nguyên tố hợp kim chính trong phôi hợp kim titan loại 2 t Ti-1023 được phân bổ đều và độ tinh khiết tốt, tất cả đều đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của phôi. Kiểm soát quá trình và các khía cạnh khác là hợp lý và khả thi.
2.2. Phân tích cấu trúc vi mô và hình thái của thanh
Ảnh trạng thái rèn (trạng thái R) của hợp kim titan Ti-1023 được cắt từ đầu và đuôi của thanh 160 mm để ăn mòn bề mặt.
Áp dụng máy rèn nhanh 4500 tấn với áp suất trọng tải lớn, áp dụng lộ trình xử lý "cao-thấp-cao-thấp" cho các thỏi rèn đa lửa, phá vỡ hoàn toàn các hạt đúc và sử dụng rèn ngược cho phôi để cải thiện khả năng rèn của phôi tính chất, làm cho kết cấu của thanh đồng đều hơn. Quá trình rèn sử dụng các đặc tính xử lý của sự tăng trưởng hạt chậm khi ma trận của hợp kim gần được kết tinh lại nhanh chóng, do đó các hạt kim loại bị phá vỡ nhiều lần, các hạt phụ hợp nhất và phát triển, và quá trình di chuyển ranh giới hạt, thanh cuối cùng. Cấu trúc có xu hướng đồng nhất, tạo nền tảng tốt cho cấu trúc đồng nhất và hiệu suất tốt của thanh.
Cắt các mẫu ngang của các vùng khác nhau (cạnh, D/4 và lõi) từ tấm mẫu thanh tương ứng với vị trí của đầu phôi, quan sát trạng thái R và cấu trúc vi mô của nó sau dung dịch rắn và xử lý nhiệt lão hóa,
2.3. Kết quả phát hiện vết vạch
Hằng số phân bố cân bằng của nguyên tố Fe trong hợp kim titan Ti{0}} là 0,3, có xu hướng phân ly lớn. Nguyên nhân chính hình thành các vết trong hợp kim titan Ti-1023 là do sự phân tách và làm giàu cục bộ của vật liệu hợp kim “Fe” làm cho nhiệt độ biến đổi của phần này giảm so với nhiệt độ của nền, dẫn đến sự hình thành vùng giàu Fe không chứa pha sơ cấp hoặc có hàm lượng pha tương đối hiếm. Các khu vực, cụ thể là đốm, đốm có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ dẻo và tuổi thọ mỏi chu kỳ thấp của hợp kim.
Thành phần không đồng đều của Fe trong thỏi hợp kim TB6 là yếu tố “bẩm sinh” hình thành vết ố, các quá trình xử lý nhiệt, xử lý nhiệt tiếp theo là yếu tố “thu nạp” ảnh hưởng đến sự hình thành vết ố. Theo quy trình xử lý nhiệt trong GJB1538, 785 độ ×1,5 h WC+530 độ ×8 h AC đã được chọn để chuẩn bị thanh. Quan sát thanh cho thấy thanh không có hiện tượng bất thường về mặt vĩ mô; trong khi hàm lượng pha sơ cấp đẳng trục trong cấu trúc vi mô là khoảng 15%, đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn về hàm lượng pha sơ cấp trên 10% trong GJB1538.
3 Kết luận
(1) Thỏi hợp kim titan được sản xuất bằng cách nấu chảy 0Titan xốp hạt nhỏ loại A và hợp kim chủ đa nguyên tố có thành phần đồng nhất tốt và phôi đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn.
(2) Thỏi được rèn bằng nhiều ngọn lửa sử dụng quy trình "cao-thấp-cao-thấp" để chuẩn bị các thanh có cấu trúc có độ phóng đại cao, cấu trúc có độ phóng đại thấp và phát hiện khuyết tật siêu âm đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn GJB1538.
(3) Bằng cách áp dụng quy trình xử lý nhiệt phù hợp, độ bền của thanh có ít sự khác biệt theo hướng ngang và dọc, độ đồng đều của từng điểm là tốt và tính chất cơ học có thể đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn GJB1538.
