Einführung
Titanlegierungen zeichnen sich durch geringes Gewicht, hohe spezifische Festigkeit, gute Wärmebeständigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aus und werden häufig in der Landesverteidigung, der Militärindustrie und der Volkswirtschaft eingesetzt. Die Mikrostrukturmorphologie ist ein entscheidender Faktor für die Leistung von Titanlegierungen, die hauptsächlich von der chemischen Zusammensetzung, dem Schmiedeprozess und der Wärmebehandlungsmethode abhängt. Wenn die chemische Zusammensetzung festgelegt ist, wird die Qualität von Schmiedestücken aus Titanlegierungen hauptsächlich durch den Schmiedeprozess bestimmt, d. h. die während des Schmiedeprozesses gebildete schlechte Mikrostruktur lässt sich durch nachfolgende Wärmebehandlungsprozesse nur schwer verbessern. Gleichzeitig reagieren Titanlegierungen sehr empfindlich auf die Parameter des Schmiedeprozesses. Die Schmiedetemperatur beeinflusst das Phasenumwandlungsverhalten von Titanlegierungen im festen Zustand, und der Grad der Verformung und die Verformungsgeschwindigkeit beeinflussen auch den Anteil, die Morphologie, die Größe und die Verteilung von Phase und Phase.
TC4 (Ti-6Al-4V) ist eine gleichachsige martensitische zweiphasige Titanlegierung, die erstmals 1954 in den USA entwickelt wurde. Sie verfügt über eine hervorragende Gesamtleistung und Verarbeitungsleistung und wird hauptsächlich zur Herstellung tragender Komponenten wie Lüfter, Kompressorscheiben und Schaufeln von Flugtriebwerken verwendet. Mittlerweile ist es eine weltweit weit verbreitete Titanlegierung. Seine Mikrostruktur kann in vier Typen eingeteilt werden: bimodale Struktur, gleichachsige Struktur, Lamellenstruktur und Korbstruktur. Unterschiedliche Mikrostrukturtypen entsprechen unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften. Daher ist die Untersuchung des Einflusses verschiedener Schmiedeprozesse auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften der TC4-Titanlegierung von großer technischer Bedeutung.
1. Experimentelle Materialien und Methoden
Als variable Parameter des Schmiedeprozesses wurden Schmiedetemperatur und Verformungsgrad gewählt. Basierend auf der (+)/Phasenumwandlungstemperatur der TC4-Titanlegierung (985–990 Grad) wurden vier Schmiedetemperaturen bestimmt. Bei den Prozessen 1 bis 4 handelte es sich um +-Forging, bei Prozess 5 um nahezu --Forging und bei Prozess 6 um Forging. Auf der Grundlage einer Schmiedetemperatur von 950 Grad wurden drei verschiedene Verformungsgrade ausgewählt, um den optimalen Verformungsgrad für konventionelles + Schmieden zu ermitteln.
Die einteilige Rohlingsgröße des Stabs aus TC4-Titanlegierung betrug 150 mm. Nach dem Erhitzen wurde der Stab geschmiedet und in radialer Richtung abgeflacht. Der Wärmebehandlungsprozess nach dem Schmieden betrug (720 ± 10) Grad × 1 Stunde + Wechselstrom und zielte darauf ab, innere Spannungen zu beseitigen, die Plastizität und die Stabilität der Mikrostruktur zu verbessern.
Die Mikrostruktur wurde mit einem optischen Mikroskop beobachtet und analysiert. Metallografische Proben wurden durch Drahtschneiden geschnitten, eingebettet, geschliffen und poliert, um die Proben zu erhalten. Das Ätzmittel war eine 3 %ige Salpetersäurealkohollösung. Gemäß den Anforderungen von GB/T228.1-2010 und GB/T30758-2014 wurden die Prüflinge entworfen und verarbeitet. Die Zugeigenschaften, der Elastizitätsmodul und das Poisson-Verhältnis wurden mit einer Zugprüfmaschine EBS-3000 bzw. einem Elastizitätsmodultester IET-01 getestet. Die Testergebnisse waren der Durchschnitt aus drei Messungen. Die Zugbruchmorphologie wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet und analysiert. Die Brinellhärte wurde gemäß GB/T231.1-2009 getestet. Als Prüfgerät diente ein digitaler Härteprüfer HBS-3000. Die Prüfkraft betrug 612,5 N und die Druckhaltezeit betrug 15 s. Die Testergebnisse waren der Durchschnitt von drei Messpunkten an der gleichen Position jeder Probe.
3 Fazit
In diesem Artikel wurde der Einfluss verschiedener Schmiedeprozesse auf die Mikrostruktur, die Zugeigenschaften, die Zugbruchmorphologie und die Mikrohärte der TC4-Titanlegierung analysiert und die folgenden Schlussfolgerungen gezogen:
(1) Bei einer Schmiedetemperatur von 920 und 950 Grad wurden vier Arten gleichachsiger Strukturen erhalten; wenn die Schmiedetemperatur 985 Grad betrug, wurde eine bimodale Struktur erhalten; Bei einer Schmiedetemperatur von 1020 Grad wurde eine Lamellenstruktur erhalten. Die Größe und der Volumenanteil der Primärkörner sowie die Morphologie der Sekundärkörner variierten erheblich mit der Schmiedetemperatur und dem Verformungsgrad.
(2) Die gleichachsige Struktur hatte eine etwas geringere Festigkeit, aber eine bessere Fähigkeit zur plastischen Verformung; die Lamellenstruktur hatte die höchste Festigkeit, aber aufgrund der „Sprödigkeit“ war ihre plastische Verformungsfähigkeit schlecht; Die bimodale Struktur balancierte hohe Festigkeit und Plastizität aus und ihre Gesamtleistung war besser als die der gleichachsigen Struktur, was darauf hindeutet, dass ein übermäßig hoher Gehalt an gleichachsigem Primärmaterial die mechanischen Eigenschaften von TC4 beeinträchtigen würde.
(3) Die Zugbruchflächen der sechs Mikrostrukturen zeigten fast keine radiale Zone, was auf eine gute Plastizität und Zähigkeit hinweist, was mit der hohen Flächenreduzierung und Dehnung übereinstimmt. Die gleichachsige Struktur zeigte einen duktilen Bruchmechanismus, während die bimodalen und lamellaren Strukturen einen Quasi--Spaltungsbruchmechanismus zeigten.
(4) Die Härte nahm mit steigender Schmiedetemperatur und Verformungsgrad zu. Bei gleichem Verformungsgrad stieg die Härte um 8,5 %, wenn die Schmiedetemperatur von 950 Grad auf 1020 Grad anstieg; Bei gleicher Schmiedetemperatur stieg die Härte um 4,8 %, wenn der Verformungsgrad von 10,7 % auf 69,6 % anstieg.