Ti-1023 priodweddau a strwythur gwialen titaniwm

Mae aloi titaniwm Ti-1023 yn ddibynadwy iawn, yn gost isel, yn gryfder uchel, yn galed iawn, yn agos at aloi titaniwm beta. Ei gyfansoddiad enwol yw Ti-10V-2Fe-3Al. Mae ganddo fanteision cryfder penodol uchel, gwydnwch torasgwrn da, toriad mawr wedi'i ddiffodd, anomaledd isotropig bach, tymheredd ffugio isel, a gwrthiant cyrydiad straen cryf. Gall fodloni gofynion dylunio dibynadwyedd uchel a chost gweithgynhyrchu isel, felly fe'i defnyddir yn eang yn y maes awyrofod.

Mae'r erthygl hon yn crynhoi'r broses gynhyrchu resymol o wialen aloi Ti-1023 trwy ymchwilio i gyfansoddiad yr ingotau a phriodweddau macrosgopig, microstrwythur a mecanyddol y gwiail, ac mae'n cyflawni'r canlyniadau disgwyliedig.

1. arbrawf

Yn yr arbrawf, {{0}}Cafodd titaniwm sbwng gronynnau bach gradd ac aloi meistr aml-elfen eu bwydo gyda'i gilydd am 2 t, a'u toddi deirgwaith mewn ffwrnais arc trydan traul gwactod i baratoi 65{{8 }} mm Ti1023 ingot aloi titaniwm. Y brif gydran (ffracsiwn màs, %) V yw 9.0% ~ 11.0%. , Fe yw 1.6% ~ 2.2%, Al yw 2.6% ~ 3.4%, a'r gweddill yw Ti, sy'n cwrdd â gofynion GJB1538. Ar ôl i'r ingot dur gael ei dorri'n godwyr, gwaelodion, a llafnau llifio, cymerir samplau o'r pen cylchedd echelinol, canol, a chynffon (Ffigur 1) a safle 9 o'r gloch y trawstoriad (Ffigur 2), a'r caiff cydrannau eu profi'n bennaf gan ddefnyddio sbectrometreg allyriadau atomig. Cynnwys elfennau aloi (Al, V, Fe) ac elfennau amhuredd eraill.

Ffigur 1 Diagram sgematig o bwyntiau samplu ar wyneb hydredol yr ingot

Ffigur 2 Diagram sgematig o samplu ar safle 9 o'r gloch croestoriad yr ingot

Torri samplau priodol o ingotau aloi titaniwm Ti-1023, a defnyddio dulliau metallograffig i bennu tymheredd trawsnewid cam/cyfnod i fod yn 805 ~ 810 gradd. Mae'r ingot cyfan yn cael ei brosesu a'i ffugio gan ddefnyddio'r llwybr proses "uchel-isel-uchel-isel". Defnyddir peiriant gofannu cyflym 45/50MN i agor y biled dur yn yr ardal un cam (-cyfnod), ac o'r diwedd caiff ei ffurfio i far gorffenedig 160mm.

Yn ôl safon GJB1538, torrwyd sbesimenau 20mm o drwch a sbesimenau 80mm o hyd yn hydredol o'r bar 160mm, a chynhaliwyd profion perfformiad amrywiol i bennu strwythur a phriodweddau mecanyddol y bar aloi titaniwm Ti-1023. Ar ôl i'r sbesimen 20 mm o drwch gael ei fflatio, gwiriwch gyflwr R, pwynt (785 gradd × 1.5 h WC 530 gradd × 8 h AC) a heneiddio datrysiad solet (775 gradd × 1.5 h WC 540 gradd × 8 h AC). Chwyddwch y meinwe, defnyddiwch ficrosgop metallograffig ICX41M i arsylwi morffoleg meinwe a thynnu lluniau metallograffig. Ar ôl i'r wialen sampl 80 mm o hyd gael ei thrin â gwres ar 775 gradd × 1.5 h WC a 540 gradd × 8 h AC mewn ffwrnais muffle, defnyddiwyd y llif band lled-awtomatig H{-5550K i dorri'r traws a'r hydredol. bylchau sbesimen ym mloc sampl D. /4. , wedi'i brosesu i sbesimenau prawf eiddo mecanyddol yn unol â gofynion safonol, ac yn destun profion eiddo mecanyddol tynnol tymheredd ystafell. Mesurwyd profion tynnol ar beiriant profi tynnol CMT5205. Ar yr un pryd, mae'r bariau gorffenedig hefyd yn cael profion annistrywiol ultrasonic cyswllt.

2 Canlyniadau a dadansoddiad

2.1. Dadansoddiad o gyfansoddiad cemegol ingotau dur

Yn ôl y gofynion samplu cynnyrch, cymerwyd samplau ar 9 pwynt ar ben hydredol, canol, cynffon a chroestoriad yr wyneb ingot dur i ganfod cynnwys prif elfennau aloi mewn gwahanol rannau. Mae canlyniadau'r profion yn dangos bod cyfansoddiad cemegol y dabled yn bodloni gofynion safonau technegol perthnasol. Yn benodol, mae canlyniadau canfod cynnwys elfennau amhuredd (C, N, O, H) ar safleoedd pen a chynffon yr arwyneb hydredol i gyd yn bodloni'r gofynion amrediad safonol, sy'n dangos bod purdeb yr ingot yn uchel iawn.

Mae Ffigur 3 yn siart ystadegol o gyfansoddiad cemegol y prif elfennau aloi mewn gwahanol rannau o'r ingot. Lleoliadau'r pwyntiau samplu yw arwynebau hydredol pen crwn allanol, canol a chynffon yr ingot (pwyntiau 1 i 3), a thair croestoriad y pen, y canol a'r gynffon (pwyntiau 4 i 30) . Fel y gwelir o Ffigur 3, mae cyfansoddiadau cemegol y prif elfennau Al, V, a Fe a fesurir ar y pwyntiau uchaf, canol ac isaf ar yr wyneb crwn allanol yn amrywio ychydig. Cynnwys elfen Al yw 3.16% ~ 3.24%; cynnwys yr elfen V yw 9.86%. ~1{{20}}.06%; Cynnwys elfen Fe yw 1.77% ~ 1.89%; Nid yw gwyriad elfen Al a V yn fwy na 0.2%, ymhlith nad yw gwyriad elfen hawdd ei wahanu Fe yn fwy na 0.12%, sy'n nodi bod cyfansoddiad cemegol echelinol yr ingot a gynhyrchir yn unffurf; ingot Mae'r prawf cyfansoddiad cemegol naw pwynt ar yr adrannau pen, canol a gwaelod i gyd yn bodloni'r gofynion safonol. Nid yw gwyriad uchaf y prif elfennau Al a V yn fwy na 0.13% ~ 0.27%, ac nid yw gwyriad yr elfen Fe sydd wedi'i wahanu'n hawdd yn fwy na 0.34%. Ar y cyfan, mae gan yr ingot unffurfiaeth dda ac mae'r holl gydrannau elfennol yn bodloni safonau technegol.

Ffigur 3 Diagram cyfansoddiad elfen aloi mewn gwahanol safleoedd o ingot aloi titaniwm Ti-1023

Yn ystod y broses toddi arc traul gwactod o ingotau dur, mae Fe, elfen sy'n dueddol o wahanu, a gall cyfansoddiad anwastad neu wahanu ddigwydd yn ystod toddi ingotau dur. Yn ôl y diagram cam aloi titaniwm a theori solidification aloi, o dan amodau solidification arferol, nid yw elfennau aloi â chyfernod gwahanu k Mwy na neu'n hafal i 1 yn dueddol o gael eu gwahanu, oni bai nad yw'r elfennau aloi a'r aloi mam yn cael eu homogeneiddio'n llwyr yn ystod y mwyndoddi. proses; aloion â chyfernod gwahanu k < 1 Elfennau, hyd yn oed os yw'r aloi yn homogenaidd yn y cyflwr tawdd, mae gwahaniaeth penodol o hyd rhwng y cyfansoddiad cyfnod solet a'r cyfansoddiad cyfnod hylif ar yr un tymheredd yn ystod solidiad. Mae'r cynnwys elfen yn y cyfnod hylif bob amser yn uwch na chynnwys y cyfnod solet, gan achosi'r ingot i wahanu'n hawdd yn y canol a'r pen. Fel y gwelir o Ffigur 3, mae'r cynnwys elfen Fe ychydig yn uwch ym mhwynt canol pen yr adran, ac yna'r canol, ac yn olaf y gynffon, sy'n gyson â'r dadansoddiad uchod.

Yn gyffredinol, mae cyfansoddiad cemegol prif elfennau aloi ingot gradd 2t aloi titaniwm Ti-1023 wedi'i ddosbarthu'n gyfartal ac o burdeb da, ac mae pob un ohonynt yn bodloni gofynion technegol yr ingot. Mae hyn hefyd yn dangos pwysigrwydd dewis deunydd crai a chastio ingot yn y broses fwyndoddi. Mae rheoli prosesau ac agweddau eraill yn rhesymol ac yn ymarferol.

2.2. Strwythur bar a dadansoddiad morffoleg

Lluniau o gyflwr ffug (cyflwr R) aloi titaniwm Ti-1023 ar ôl torri'r sbesimen o safle pen a chynffon y gwialen 160mm ar gyfer cyrydiad arwyneb.

Fel y gwelir yn Ffigur 4, mae strwythur chwyddo isel y bar yn grisial niwlog unffurf, ac nid oes unrhyw ddiffygion metelegol megis arwahanu a chynhwysion, sy'n dangos bod y gwag ffugio wedi cyflawni digon o anffurfiad. Gan ddefnyddio pwysau tunelledd mawr y peiriant gofannu cyflym 4,500-tunnell, defnyddir y llwybr proses "uchel-isel-uchel-isel" ar gyfer gofaniadau tân lluosog i dorri'r grawn as-cast yn llawn, gan ffugio gwrthdroi'r biled, a gwella treiddiad ffugio'r biled. nodweddion, gan wneud strwythur y gwialen yn fwy unffurf. Mae'r broses ffugio yn manteisio ar nodweddion prosesu twf grawn araf iawn pan gwblheir ailgrisialu beta matrics yr aloi ger-beta yn gyflym, gan achosi i'r grawn metel dorri dro ar ôl tro, yr is-grawn i uno a thyfu, a'r ffiniau grawn i fudo, fel bod strwythur y bar terfynol yn tueddu i fod yn unffurf. , sy'n gosod sylfaen dda ar gyfer strwythur unffurf a pherfformiad da y gwialen.

Ffigur 4 Ffotograffau cyflwr R o wialen aloi titaniwm φ160mmTi-1023 mewn gwahanol safleoedd: (a) pen; ( b ) cynffon

Torrwch samplau ardraws o wahanol feysydd (ymyl, D/4, canol) sy'n cyfateb i leoliad pen y werthyd ar y darn prawf bar, ac arsylwi cyflwr R a microstrwythur ar ôl triniaeth wres heneiddio datrysiad. , gweler Ffigur 5 a Ffigur 6. Fel y gwelir o Ffigur 5, mae microstrwythur R-state y wialen yn cynnwys matrics a chyfnodau cynradd unffurf, dirwy, equiaxed wedi'u dosbarthu ar y matrics. Mae maint cyfartalog y cyfnod cynradd tua 3.5 μm, ac mae ffracsiwn cyfaint y cyfnod cynradd yn fwy na 35%. Gellir gweld o Ffigur 6, ar ôl triniaeth heneiddio datrysiad solet, fod y grawn equiaxed yn fwy amlwg, sy'n dangos bod paramedrau'r broses megis ffugio anffurfiad yn rhesymol.

Ffigur 5 microstrwythur R-state o φ160mmTi-1023 gwialen aloi titaniwm mewn gwahanol safleoedd: (a) ymyl; (a) ymyl; (b) D/4; ( c ) canol

Ffigur 6 Microstrwythur gwialen aloi titaniwm Φ160mmTi-1023 mewn gwahanol leoliadau ar ôl triniaeth heneiddio datrysiad: (a) ymyl; (a) ymyl; (b) D/4; ( c ) canol

2.3. Canlyniadau canfod pwynt bar

Cysonyn dosraniad ecwilibriwm elfen Fe mewn aloi titaniwm Ti{{0}} yw 0.3, sydd â thueddiad mawr i wahanu. Y prif reswm dros ffurfio pwyntiau yn aloi titaniwm Ti-1023 yw gwahanu a chyfoethogi deunyddiau aloi "Fe" yn lleol, sy'n arwain at dymheredd trawsnewid cyfnod y rhan hon yn is na thymheredd y matrics, gan ffurfio. mae cyfnod nad yw'n cynnwys y cyfnod cynradd na chynnwys y cyfnod yn gymharol brin. Yr ardal gyfoethog Fe. Bydd y pwynt yn effeithio'n ddifrifol ar blastigrwydd a bywyd blinder cylch isel yr aloi.

Cyfansoddiad anwastad Fe o ingotau aloi TB6 yw'r ffactor "cynhenid" sy'n arwain at ffurfio smotiau, tra bod y driniaeth wres a'r broses trin gwres dilynol yn ffactorau "caffaeledig" sy'n effeithio ar ffurfio smotiau. Yn ôl y broses trin gwres yn GJB1538, dewiswyd 785 gradd × 1.5 h WC a 530 gradd × 8 h AC i baratoi gwiail. Datgelodd arsylwi corff y gwialen nad oedd unrhyw annormaledd lleol ym morffoleg macrosgopig y corff gwialen (Ffigur 7); roedd cynnwys y cyfnod cynradd yn y microstrwythur tua 15%, a oedd yn bodloni gofyniad safonol GJB1538 bod cynnwys y cyfnod cynradd yn fwy na 10%. Fel y dangosir yn Ffigur 8. Mae hyn yn dangos bod y broses fwyndoddi a'r broses ffugio yn cael effaith arwyddocaol benodol ar reoli mannau.

Ffigur 8 Microstrwythur o Φ160mm Ti-1023 gwialen aloi titaniwm: (a) ymyl; (b) D/4; ( c ) canol

Gellir gweld yn glir o Dabl 1 bod holl eiddo'r gwialen yn bodloni gofynion dangosyddion perthnasol. Mae ganddo blastigrwydd uchel, cryfder trawslin unffurf a hydredol, ac ymyl penodol o'i gymharu â'r gwerth safonol mewn plastigrwydd. Mae'n dangos bod technoleg briodol yn cael ei defnyddio wrth ffugio i gyflawni anffurfiad cymharol ddigonol, fel bod unffurfiaeth strwythurol y bar i bob cyfeiriad yn gymharol dda ac mae'r gwahaniaeth yn fach.

2.5. Profi bariau uwchsonig

Defnyddiwyd synhwyrydd nam ultrasonic SonATEST 380M a stiliwr Olympus V109 i ganfod nam ultrasonic ar wialennau gorffenedig aloi titaniwm Φ160 mm Ti-1023. A barnu o'r tonffurf, nid yw lefel y sŵn yn uwch nag 20%, mae'r sŵn yn unffurf, ac nid oes unrhyw arwyddion diffyg amlwg. , mae osgled newid y don waelod yn llai na 6 dB, ac mae lefel y sŵn yn hanner y llwybr sain? 1.2 –9 dB ~ –12 dB (Ffigur 9), sy'n nodi y gall y wialen orffenedig fodloni gofynion lefel A1 y safon GB/T5193-2007. Yn Ffigur 9, mae'r abscissa yn cynrychioli dyfnder, ac mae'r mesuryn yn cynrychioli uchder y signal. Cyfrifir sgrin lawn fel 100%.