Vruća obrada legure titanijuma TC4?

TC4 legura titanijuma (Ti-6Al-4V) je tipična α+β dvofazna legura titanijuma, sastavljena od 6% Al i 4% V, koja se sastoji od α faze heksagonalne zbijene strukture (HCP) i β faze kubične strukture usredsređene na telo (BCC). Mikrostruktura se može regulirati toplinskom obradom. Ima izvrsna sveobuhvatna svojstva, kao što su visoka čvrstoća, dobra otpornost na koroziju, niska gustina i visoka specifična čvrstoća. Široko se koristi u važnim oblastima kao što su vazduhoplovstvo (lopatice motora, struktura trupa), medicinski uređaji (veštački zglobovi) i brodsko inženjerstvo.

Mikrostruktura i mehanička svojstva legure titanijuma TC4 u velikoj meri zavise od tehnologije vruće obrade. The TC4 legura titana vruća obrada predstavljeno kovanjem je važno sredstvo za poboljšanje performansi TC4 legure. Uobičajene metode kovanja legure titanijuma uključuju slobodno kovanje, toplo kovanje i specijalno kovanje.

(1) Besplatno kovanje

Slobodno kovanje se odnosi na postavljanje zazora između gornjeg i donjeg nakovnja i korištenje gornjeg nakovnja za primjenu udarnog opterećenja na kovanje kako bi se izazvala određena deformacija. Obično bi temperatura kovanja trebala biti u α+β fazi faze, a deformacija bi trebala biti veća od 60% kako bi se poboljšala mikrostruktura legure titanijuma i dobili otkovci od legure titana sa dobrim performansama.

(2) Vruće kovanje

Vruće kovanje je stavljanje gredice od legure titana u kalup određenog oblika i korištenjem vanjske sile da se deformira kako bi se dobio kovanje određenog oblika. Često se koristi za proizvodnju otkovaka složene strukture i visoke preciznosti. Da bi mikrostruktura i performanse otkovaka od legure titanijuma ispunile zahteve tehničkog indeksa dizajna, toplo kovanje se široko koristi u kovanju od legure titanijuma. Vruće kovanje se dijeli na obično kovanje, superplastično kovanje i izotermno kovanje. Obično se kovanje često koristi za proizvodnju otkovaka niske točnosti dimenzija i jednostavnih oblika. Superplastično kovanje je pogodno za otkovke sa složenim trodimenzionalnim dimenzijama i zahtjevima visokih performansi. Izotermno kovanje se koristi za otkovke sa visokim zahtevima za preciznošću i složenim oblicima.

(3) Specijalno kovanje

Specijalno kovanje je metoda obrade u kojoj se gredice od legure titana postavljaju na posebnu opremu za deformaciju. TC4 legura titana vruća obrada efikasnost proizvodnje je visoka, pogodna za masovnu proizvodnju sličnih otkovaka, ali budući da uređaj može proizvesti samo određeni otkov, ima određena ograničenja.

Temperatura kovanja i deformacija su dva ključna parametra procesa kovanja legure titana. Iz perspektive smanjenja energije kovanja titanijumske legure, što je viša početna temperatura kovanja, to će bolje, ali previsoka dovesti do grubosti β zrna i smanjiti plastičnost otkovaka. Kada je početna temperatura kovanja viša od temperature transformacije β faze, dolazi do rasta zrna i smanjenja plastičnosti. Da bi se izbjegao ovaj fenomen, kovanje treba izvoditi ispod temperature transformacije β faze legure titana.

Prema temperaturi kovanja, kovanje od legure titana dijeli se na α+β kovanje, β kovanje, kovanje u blizini β i kvazi-β kovanje.

1) α+β kovanje: temperatura grijanja je α+β dvofazno područje 30-100℃ ispod temperature β transformacije. Njegov proces kovanja deformiše primarnu α fazu i β fazu istovremeno tokom TC4 legura titana vruća obrada, a tipična ravnoosna struktura ili struktura sa dvostrukim stanjem može se dobiti u složenim strukturnim otkovima i velikim deformacijama.

(2) β kovanje: Temperatura grijanja je 30-100 ℃ iznad temperature β transformacije. Za razliku od α+β procesa kovanja, temperaturna razlika procesa β kovanja je relativno velika. Unutar svog temperaturnog raspona, može uvelike poboljšati otpornost na deformaciju titanijumske legure tokom TC4 legura titana vruća obrada, smanjuju naprezanje tokom formiranja i time poboljšavaju vijek trajanja matrice i poboljšavaju otpornost na puzanje, otpornost na udar i žilavost otkovaka. Međutim, nepravilna kontrola procesa je sklona da se pojavi tokom procesa kovanja, što rezultira značajnim smanjenjem plastičnosti metala legure titanijuma, što rezultira nekvalifikovanom čvrstoćom kovanja na zamor.

(3) Kovanje blizu β: Temperatura grijanja se kontrolira na 10-20 ℃ ispod temperature β transformacije za kovanje. Nakon kovanja, gašenje vodom i tretman starenjem u čvrstom rastvoru se koriste da bi se dobila struktura u tri stanja koja se sastoji od male količine α i trakaste α mrežaste korpe i β transformacione matrice. Bez smanjenja plastičnosti i termičke stabilnosti, poboljšane su performanse materijala pri visokim temperaturama, performanse zamora pri niskom ciklusu i žilavost loma.

(4) Kvazi-β kovanje: prethodno zagrijati gredicu na 20-40 ℃ ispod temperature β transformacije, a zatim brzo zagrijati gredicu na 10-20 ℃ ispod temperature fazne transformacije za kovanje kako bi se dobila struktura tkanja košare, čime se dobija kovanje visoke plastičnosti, dobre žilavosti i odličnih performansi zamora.

Pored temperature kovanja, deformacija je važan faktor koji određuje performanse otkovaka od legure titana. Istraživanja su pokazala da kada je deformacija kovanja 2%~10%, veličina zrna otkovaka je gruba. Nakon prekoračenja gornje deformacije kovanja, veličina zrna se postepeno smanjuje sa povećanjem deformacije. Kada je deformacija veća od 85%, veličina zrna otkovka raste zbog rekristalizacije. Neki istraživači su proučavali efekte temperature kovanja, deformacije i brzine deformacije na leguru titanijuma TC4 i otkrili da deformacija i brzina deformacije imaju značajan uticaj na mehanička svojstva kovanja. Pod srednjom deformacijom i velikom brzinom deformacije, mikrostruktura otkovaka je fina i ujednačena, sa visokom čvrstoćom tečenja i zateznom čvrstoćom; kada je temperatura kovanja nešto niža od tačke fazne transformacije, parametri kovanja imaju značajan uticaj na čvrstoću i plastičnost otkovaka. Proučavanje izotermnog kovanja legure titana TC18 u području β faze pokazuje da je mikrostruktura legure osjetljiva na promjenu temperature izotermnog kovanja. Kada deformacija dostigne 60%, mikrostruktura je ujednačena i fina, a žilavost loma visoka.

The TC4 legura titana vruća obrada značajno poboljšava svoje sveobuhvatne performanse regulacijom mikrostrukture, ali parametre je potrebno optimizirati za različite scenarije primjene. Razvoj tehnologije niske potrošnje energije i visoke precizne kompozitne obrade, kombinovanje mašinskog učenja za uspostavljanje modela predviđanja procesa, strukture i performansi, i istraživanje uticaja novih rashladnih medija na faznu transformaciju biće od velikog značaja za dalje poboljšanje performansi TC4 otkovaka u budućnosti.