Właściwości mechaniczne odkuwek ze stopu tytanu TC11

Właściwości mechaniczne odkuwek ze stopu tytanu TC11

Wpływ mikrostruktury na właściwości mechaniczne odkuwek ze stopu tytanu TC11

Stop tytanu TC11 należy do żarowytrzymałego stopu martenzytycznego plus, a jego nominalny skład to Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si. Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością, dobrą wydajnością w średnich temperaturach, dobrą odpornością na korozję i zmęczeniem. Ma zalety wysokiej wytrzymałości i może być wzmocniony obróbką cieplną. Jest to główny materiał do produkcji silników lotniczych, tarcz i łopatek sprężarek wysokociśnieniowych, a także jest używany do produkcji ważnych elementów przenoszących ciśnienie w samolotach. Wewnętrzna struktura stopu decyduje o jego ostatecznej wydajności, a rozsądne połączenie struktury i morfologii może znacznie poprawić właściwości mechaniczne materiału. W pracy uzyskano różne mikrostruktury włókien, projektując różne procesy obróbki cieplnej i obróbki cieplnej, a także zbadano i przeanalizowano wpływ mikrostruktury na rozciąganie odkuwek TC11 w temperaturze pokojowej.

1. Materiały i metody badawcze

Materiałem użytym w teście jest pręt ze stopu tytanu TC11, a punkt przemiany to 1005 stopni -1010 stopni. Surowce użyte w teście są przygotowywane w różnych procesach obróbki termicznej lub cieplnej w celu uzyskania różnych mikrostruktur. Wynika z niego, że środek żrący użyty w strukturze metalograficznej to 10 procent HF plus 30 procent HNO3 plus 70 procent H2O. Użyj oprogramowania Image-ProPlus, aby ilościowo scharakteryzować zawartość fazy pierwotnej: następnie przetestuj właściwości rozciągania w temperaturze pokojowej. Test przeprowadzono na maszynie wytrzymałościowej typu 1185.

2. Wyniki badań i dyskusja

2.1 Wpływ na właściwości mechaniczne TC11

Rysunek 1pokazuje wyżarzoną mikrostrukturę TC11 o różnej zawartości równoosiowej. Zawartość fazy pierwotnej scharakteryzowano ilościowo za pomocą oprogramowania Image-ProPlus. Zawartość fazy równoosiowej wynosiła kolejno 44 procent, 39 procent, 32 procent i 40 procent. Na rysunku 1 widać, że zawartość faz pierwotnych H1, H2 i H3 wykazuje tendencję malejącą; zawartość fazy równoosiowej H4 jest mniej więcej taka sama jak H2, ale jej wielkość i rozkład są inne. Wielkość ziarna wewnątrz próbki H2 jest jednolita, podczas gdy próbka H4 ma oczywistą „strukturę podwójnie zawartą” i istnieją dwa poziomy wielkości ziaren równoosiowych.

Rysunek 2pokazuje odpowiednią zależność między właściwościami rozciągania szklarni a zawartością fazy równoosiowej trzech odkuwek tytanowych TC11 H1, H2 i H3. Na rysunku 2 widać, że wraz ze wzrostem zawartości fazy równoosiowej wytrzymałość materiału maleje, a plastyczność nieznacznie wzrasta. Dzieje się tak dlatego, że wraz ze wzrostem zawartości fazy równoosiowej w materiale, zawartość -transformantu maleje, co skutkuje spadkiem zawartości granicy faz /, co osłabia efekt pinowania dyslokacji, zmniejsza wytrzymałość materiału, i poprawia plastyczność materiału. ; Ponadto wraz ze wzrostem zawartości fazy równoosiowej nasila się efekt dystrybucji pierwiastków stopowych wewnątrz materiału, co oznacza, że ​​w tym czasie zmniejsza się zawartość Al blachy w transformatorze, co skutkuje spadkiem wytrzymałości -transformator, co z kolei prowadzi do wzrostu ogólnej wytrzymałości. maleje, podczas gdy plastyczność materiału nie jest uzależniona od plastyczności, zależy to głównie od wielkości skupisk. Dlatego wpływ rozkładu pierwiastków stopowych na plastyczność jest bardzo mały; wreszcie wraz ze wzrostem zawartości fazy równoosiowej zwiększa się podatność materiału na odkształcenia, co skutkuje nieznacznym wzrostem plastyczności. Łączny efekt tych trzech skutkuje spadkiem wytrzymałości materiału i nieznacznym wzrostem plastyczności wraz ze wzrostem zawartości fazy równoosiowej.

Tabela 1pokazuje porównanie właściwości wytrzymałościowych H2 i H4 na rozciąganie w temperaturze pokojowej. Z tabeli 1 widać, że granica plastyczności i wydłużenie próbki H4 są znacznie lepsze niż dla próbki H2, a wytrzymałość na rozciąganie i skurcz powierzchniowy są zasadniczo takie same. Z analizy mikrostruktury widać, że średnia wielkość ziarna próbki H4 jest mniejsza niż próbki H2. Zgodnie ze wzorem Halla-Petcha: widać, że im mniejszy średni rozmiar ziarna, tym wyższa granica plastyczności materiału. Dzieje się tak, ponieważ w tym czasie zwiększa się liczba granic ziaren, co powoduje wzrost oporu ruchu dyslokacyjnego, co zwiększa odporność metalu na odkształcenia; z drugiej strony spadek średniej wielkości ziaren oznacza, że ​​zwiększa się liczba ziaren, co skutkuje odkształceniem plastycznym materiału. Może być rozproszony na więcej ziaren, dzięki czemu koordynacja odkształceń materiału wzrasta, co skutkuje wzrostem wydłużenie.

2.2 Wpływ płytki wtórnej na właściwości mechaniczne TC11

Na rysunku 3 H5 i H6 to mikrostruktury po schłodzeniu różnymi czynnikami chłodzącymi w tej samej temperaturze wyżarzania. Ilościowa charakterystyka zawartości fazy pierwotnej za pomocą oprogramowania Image-ProPlus pokazuje, że zawartość fazy jest w przybliżeniu taka sama, około 30 procent, a rozmiar menedżera wynosi około 14,8 µm. Na rysunku 3 widać, że próbki H5 i H6 mają wyraźną morfologię fazową w blaszkach wtórnych. Faza lameli wtórnych w próbce H5 ma kształt krótkiej pałeczki, o mniejszym wydłużeniu; płytki wtórne w próbce H6 mają kształt cienkiej igły, a współczynnik kształtu jest wyższy niż w próbce H5.

W tabeli 2 przedstawiono porównanie właściwości wytrzymałościowych H6 i H5 na rozciąganie w temperaturze pokojowej. Z tabeli 2 widać, że wytrzymałość próbki H6 jest znacznie lepsza niż próbki H5, ale jej wydłużenie i skurcz powierzchniowy są nieznacznie zmniejszone.

W przypadku określonej treści proporcja -transformatora jest również odpowiednio ustalana. Mówiąc geometrycznie, powierzchnia sferyczna jest najmniejsza dla tej samej objętości. Ponieważ arkusz wewnątrz transformatora jest bardziej oderwany od kształtu równoosiowego, to znaczy im większy współczynnik kształtu, tym wyższy współczynnik pola powierzchni i większa granica faz. Wpływ pinowania granicy faz na dyslokacje ogranicza poślizg dyslokacji wewnątrz ziaren, co skutkuje wzrostem oporu dyslokacji podczas ich ruchu, co zwiększa odporność metalu na odkształcenia, a tym samym zwiększa wytrzymałość materiału i zmniejsza jego plastyczność.

3. Wniosek

(1) Wraz ze wzrostem zawartości faz, wytrzymałość materiału maleje, a plastyczność nieznacznie wzrasta; zmniejszenie średniej wielkości ziarna fazy równoosiowej jest korzystne dla poprawy silnej plastyczności materiału.

(2) Wraz ze wzrostem współczynnika kształtu fazy lameli wtórnych wzrasta wytrzymałość materiału i maleje plastyczność.