Uvod
Legure titana imaju prednosti male težine, visoke specifične čvrstoće, dobre otpornosti na toplinu i izvrsne otpornosti na koroziju, te se široko koriste u nacionalnoj obrani, vojnoj industriji i nacionalnom gospodarstvu. Morfologija mikrostrukture odlučujući je čimbenik koji utječe na učinkovitost titanovih legura, što uglavnom ovisi o kemijskom sastavu, postupku kovanja i metodi toplinske obrade. Kada je kemijski sastav fiksiran, kvalitetu otkivaka legure titana uglavnom određuje proces kovanja, odnosno lošu mikrostrukturu formiranu tijekom procesa kovanja teško je poboljšati naknadnim postupcima toplinske obrade. Istodobno, legure titana vrlo su osjetljive na parametre procesa kovanja. Temperatura kovanja utječe na faznu transformaciju krutog-stanja titanovih legura, a stupanj deformacije i brzina deformacije također utječu na udio, morfologiju, veličinu i distribuciju faze i faze.
TC4 (Ti-6Al-4V) je jednakoosna martenzitna dvofazna legura titana koju su prvi put razvile Sjedinjene Države 1954. Ima izvrsne sveobuhvatne performanse i performanse obrade i uglavnom se koristi za proizvodnju nosivih komponenti kao što su ventilatori, diskovi kompresora i lopatice zrakoplovnih motora. Sada je postala široko korištena legura titana u svijetu. Njegova se mikrostruktura može klasificirati u četiri tipa: bimodalna struktura, struktura jednakog osa, lamelarna struktura i struktura košare. Različiti tipovi mikrostrukture odgovaraju različitim mehaničkim svojstvima. Stoga proučavanje utjecaja različitih postupaka kovanja na mikrostrukturu i svojstva legure titana TC4 ima važan inženjerski značaj.
1. Eksperimentalni materijali i metode
Kao varijabilni parametri procesa kovanja odabrani su temperatura kovanja i stupanj deformacije. Na temelju (+)/fazne transformacijske temperature legure titana TC4 (985~990 stupnjeva), određene su četiri temperature kovanja. Procesi 1 do 4 bili su + kovanje, proces 5 bio je blizu- kovanje, a postupak 6 bio je kovanje. Odabrana su tri različita stupnja deformacije na temelju temperature kovanja od 950 stupnjeva kako bi se istražio optimalni iznos deformacije za konvencionalno + kovanje.
Pojedinačna -veličina praznog komada šipke od titanijske legure TC4 bila je 150 mm. Nakon zagrijavanja šipka je kovana i radijalno spljoštena. Postupak toplinske obrade nakon kovanja i žarenja bio je (720±10) stupnjeva × 1h+AC, s ciljem uklanjanja unutarnjeg naprezanja, poboljšanja plastičnosti i stabilnosti mikrostrukture.
Mikrostruktura je promatrana i analizirana optičkim mikroskopom. Metalografski uzorci su izrezani žičanim rezanjem, ugrađeni, brušeni i polirani kako bi se dobili uzorci. Sredstvo za jetkanje bila je 3% otopina alkohola dušične kiseline. U skladu sa zahtjevima GB/T228.1-2010 i GB/T30758-2014, ispitni uzorci su dizajnirani i obrađeni. Vlačna svojstva, modul elastičnosti i Poissonov omjer ispitani su pomoću EBS-3000 stroja za ispitivanje rastezanja i IET-01 uređaja za ispitivanje modula elastičnosti. Rezultati ispitivanja bili su prosjek triju mjerenja. Vlačna morfologija loma promatrana je i analizirana pomoću skenirajućeg elektronskog mikroskopa. Tvrdoća po Brinellu ispitana je u skladu s GB/T231.1-2009. Oprema za ispitivanje bio je digitalni mjerač tvrdoće HBS-3000. Ispitna sila bila je 612,5 N, a vrijeme održavanja pritiska 15 s. Rezultati ispitivanja bili su prosjek triju mjernih točaka na istoj poziciji svakog uzorka.
3 Zaključak
U ovom radu analiziran je utjecaj različitih postupaka kovanja na mikrostrukturu, vlačna svojstva, vlačnu morfologiju loma i mikrotvrdoću legure titana TC4, te su izvedeni sljedeći zaključci:
(1) Kada je temperatura kovanja bila 920 i 950 stupnjeva, dobivene su četiri vrste struktura s jednakom osovinom; kada je temperatura kovanja bila 985 stupnjeva, dobivena je bimodalna struktura; kada je temperatura kovanja bila 1020 stupnjeva, dobivena je lamelarna struktura. Veličina i volumni udio primarnih zrna te morfologija sekundarnih značajno su varirali s temperaturom kovanja i stupnjem deformacije.
(2) Jednakoosna struktura imala je nešto nižu čvrstoću, ali bolju sposobnost plastične deformacije; lamelarna struktura imala je najveću čvrstoću, ali je zbog "krtosti" bila slaba sposobnost plastične deformacije; bimodalna struktura uravnotežila je visoku čvrstoću i plastičnost, a njezina sveobuhvatna izvedba bila je bolja od one strukture s jednakom osovinom, što ukazuje da bi pretjerano visok sadržaj primarne strukture s jednakom osovinom inhibirao mehanička svojstva TC4.
(3) Vlačne lomne površine šest mikrostruktura nisu pokazale gotovo nikakvu radijalnu zonu, što ukazuje na dobru plastičnost i žilavost, što je bilo u skladu s velikim smanjenjem površine i istezanjem. Jednakoosna struktura pokazala je duktilni mehanizam loma, dok su bimodalne i lamelarne strukture pokazale kvazi-mehanizam loma cijepanjem.
(4) Tvrdoća se povećava s povećanjem temperature kovanja i stupnja deformacije. Pod istim stupnjem deformacije, kada se temperatura kovanja povećala s 950 stupnjeva na 1020 stupnjeva, tvrdoća se povećala za 8,5%; pod istom temperaturom kovanja, kada se stupanj deformacije povećao s 10,7% na 69,6%, tvrdoća se povećala za 4,8%.