Ti-1023 titaanvarda omadused ja struktuur

Ti-1023 titaanisulam on suure töökindlusega, odav, kõrge tugevusega, suure sitkusega, peaaegu beeta-titaanisulam. Selle nimikoostis on Ti-10V-2Fe-3Al. Selle eelised on kõrge eritugevus, hea purunemiskindlus, suur karastatud osa, väike isotroopne anomaalia, madal sepistamistemperatuur ja tugev pingekorrosioonikindlus. See suudab vastata kõrge töökindluse ja madalate tootmiskulude projekteerimisnõuetele, mistõttu seda kasutatakse laialdaselt kosmosetööstuses.

See artikkel võtab kokku Ti-1023 sulamist varraste mõistliku tootmisprotsessi, uurides valuplokkide koostist ning varraste makroskoopilisi, mikrostruktuuri ja mehaanilisi omadusi ning saavutab oodatud tulemused.

1. Eksperiment

Katses söödeti {{0}}Väikeste osakestega käsn-titaani ja mitme elemendi põhisulamit kokku 2 tonni ja sulatati kolm korda vaakumtarbimisega elektrikaareahjus, et valmistada 65{{8 }} mm Ti1023 titaanisulamist valuplokk. Põhikomponent (massiosa, %) V on 9,0%~11,0%. , Fe on 1,6% ~ 2,2%, Al on 2,6% ~ 3,4% ja ülejäänud on Ti, mis vastab GJB1538 nõuetele. Pärast terasvaluploki lõikamist püstikuteks, põhjadeks ja saelehtedeks võetakse proovid aksiaalsest ümbermõõdust peast, keskosast ja sabast (joonis 1) ning ristlõike kella 9-asendist (joonis 2) ning komponente testitakse peamiselt aatomiemissioonispektromeetria abil. Legeerelementide (Al, V, Fe) ja muude lisandite sisaldus.

Joonis 1 Valuploki pikipinna proovivõtukohtade skemaatiline diagramm

Joonis 2 Proovivõtu skemaatiline diagramm valuploki ristlõike kella 9-asendis

Lõika Ti-1023 titaanisulamist valuplokkidest sobivad proovid ja kasutage metallograafilisi meetodeid, et määrata faasi/faasi muundumistemperatuuriks 805–810 kraadi. Kogu valuplokk töödeldakse ja sepistatakse protsessi "kõrge-madal-kõrge-madal" meetodil. Terasest tooriku avamiseks ühefaasilises piirkonnas (-faasipiirkonnas) kasutatakse 45/50MN kiiret sepistamismasinat, mis lõpuks sepistatakse 160 mm viimistletud vardaks.

Vastavalt standardile GJB1538 lõigati 160 mm latist pikisuunas 20 mm paksused ja 80 mm pikkused katsekehad ning Ti-1023 titaanisulamist varda struktuuri ja mehaaniliste omaduste määramiseks viidi läbi erinevaid jõudluskatseid. Pärast 20 mm paksuse proovi tasandamist kontrollige olekut R, punkti (785 kraadi × 1,5 h WC 530 kraadi × 8 h vahelduvvoolu) ja tahke lahuse vananemist (775 kraadi × 1,5 h WC 540 kraadi × 8 h vahelduvvoolu). Suurendage kude, kasutage koe morfoloogia jälgimiseks ja metallograafiliste fotode tegemiseks metallograafilist mikroskoopi ICX41M. Pärast 80 mm pikkuse proovivarda kuumtöötlemist muhvelahjus temperatuuril 775 kraadi × 1,5 h WC ja 540 kraadi × 8 h vahelduvvooluga, kasutati poolautomaatset lintsaagi H-5550K, et lõigata põiki ja pikisuunas. proovitoorikud D. /4 prooviploki juures. , töödeldud mehaaniliste omaduste katsekehadeks vastavalt standardnõuetele ja läbinud toatemperatuuril tõmbemehaaniliste omaduste katsed. Tõmbekatseid mõõdeti CMT5205 tõmbekatse masinaga. Samal ajal läbivad valmis latid ka kontaktultraheli mittepurustava testimise.

2 Tulemused ja analüüs

2.1. Terase valuplokkide keemilise koostise analüüs

Vastavalt toote proovivõtunõuetele võeti proovid 9 punktist terasvaluploki pinna pikipealsel, keskkohal, sabal ja ristlõikel, et tuvastada peamiste sulamielementide sisaldus erinevates osades. Katsetulemused näitavad, et tableti keemiline koostis vastab asjakohaste tehniliste standardite nõuetele. Eelkõige vastavad lisandielementide (C, N, O, H) sisalduse tuvastamistulemused pikipinna pea- ja sabaasendis standardvahemiku nõuetele, mis näitab, et valuploki puhtus on väga kõrge.

Joonis 3 on statistiline diagramm peamiste sulamielementide keemilise koostise kohta valuploki erinevates osades. Proovivõtupunktide asukohad on välimise ümarpea pikipinnad, valuploki keskosa ja saba (punktid 1–3) ning kolm pea, keskosa ja saba ristlõiget (punktid 4–30) . Nagu on näha jooniselt 3, kõikuvad põhielementide Al, V ja Fe keemilised koostised, mõõdetuna ümmarguse välispinna ülemises, keskmises ja alumises punktis, veidi. Al-elemendi sisaldus on 3,16% ~ 3,24%; V-elemendi sisaldus on 9.{11}}%. ~1{{20}}.06%; Fe elemendi sisaldus on 1,77% ~ 1,89%; Al- ja V-elementide kõrvalekalle ei ole suurem kui 0,2%, millest kergesti eraldatava elemendi Fe hälve ei ületa 0,12%, mis näitab, et toodetava valuploki aksiaalne keemiline koostis on ühtlane; valuplokk Pea-, kesk- ja põhjaosa üheksa punkti keemilise koostise test vastab standardnõuetele. Põhielementide Al ja V maksimaalne kõrvalekalle ei ole suurem kui 0,13% ~ 0,27% ja kergesti eraldatava Fe elemendi kõrvalekalle ei ületa 0,34%. Üldiselt on valuplokil hea ühtlus ja kõik elementaarkomponendid vastavad tehnilistele standarditele.

Joonis 3 Sulamielementide koostise diagramm Ti-1023 titaanisulamist valuploki erinevates asendites

Terase valuplokkide vaakum-kulukaarsulatusprotsessi ajal esineb Fe, elementi, mis on altid eraldumisele, ning terasvaluplokkide sulamisel võib tekkida ebaühtlane koostis või eraldumine. Vastavalt titaanisulami faasidiagrammile ja sulami tahkestumise teooriale ei ole tavalistes tahkumistingimustes sulamielemendid, mille segregatsioonikoefitsient k on suurem või võrdne 1, eraldumist, välja arvatud juhul, kui sulami elemendid ja põhisulam ei ole sulatamise ajal täielikult homogeniseeritud. protsess; sulamid, mille eralduskoefitsient k < 1 Elemendid, isegi kui sulam on sulas olekus homogeenne, on tahkefaasilise koostise ja vedela faasi koostise vahel tahkestumise ajal samal temperatuuril siiski teatav erinevus. Elementide sisaldus vedelas faasis on alati suurem kui tahkes faasis, mistõttu valuplokk eraldub kergesti keskelt ja peast. Nagu jooniselt 3 näha, on Fe elemendi sisaldus veidi kõrgem lõigu pea keskpunktis, millele järgneb keskmine ja lõpuks saba, mis on kooskõlas ülaltoodud analüüsiga.

Üldiselt on Ti-1023 titaanisulamist 2t klassi valuploki peamiste sulamielementide keemiline koostis ühtlaselt jaotunud ja hea puhtusega, mis kõik vastavad valuploki tehnilistele nõuetele. See illustreerib ka tooraine valiku ja valuplokkide valamise tähtsust sulatusprotsessis. Protsessi juhtimine ja muud aspektid on mõistlikud ja teostatavad.

2.2. Riba struktuuri ja morfoloogia analüüs

Fotod titaanisulami Ti-1023 sepistatud olekust (R-olekust) pärast proovi lõikamist 160 mm varda pea ja saba asendist pinnakorrosiooni tuvastamiseks.

Nagu on näha jooniselt 4, on varda väikese suurendusega struktuur ühtlane hägune kristall ja puuduvad metallurgilised defektid, nagu eraldumine ja kandmised, mis näitavad, et sepistamistoorik on saavutanud piisava deformatsiooni. Kasutades 4,500-tonnise kiirsepimismasina suurt tonnaažirõhku, kasutatakse protsessi "kõrge-madal-kõrge-madal" mitmekordse tulega sepistamiseks, et valatud terad täielikult purustada, sepistada toorik ja parandage tooriku sepistamise läbitungimist. omadused, muutes ridva struktuuri ühtlasemaks. Sepistamisprotsess kasutab ära väga aeglase terade kasvu töötlemisomadusi, kui beeta-maatriksi ümberkristallimine peaaegu beeta-sulami kiiresti lõpetatakse, põhjustades metalliterade korduvat purunemist, osaterade ühinemist ja kasvu ning terade piire. migreeruda, nii et riba lõplik struktuur kipub olema ühtlane. , mis paneb hea aluse ridva ühtlasele struktuurile ja heale jõudlusele.

Joonis 4 R-oleku fotod φ160mmTi-1023 titaanisulamist vardast erinevates asendites: (a) pea; b) saba

Lõika erinevatest piirkondadest (serv, D/4, keskpunkt) põikiproovid, mis vastavad varda katsekeha spindlipea asukohale, ning jälgige R-olekut ja mikrostruktuuri pärast lahuse vanandamise kuumtöötlust. , vt joonis 5 ja 6. Nagu on näha jooniselt 5, koosneb varda R-oleku mikrostruktuur maatriksist ja maatriksile jaotatud ühtlasest, peenest, võrdjaotusega primaarsest faasist. Primaarse faasi keskmine suurus on umbes 3,5 μm ja primaarse faasi mahuosa on üle 35%. Jooniselt fig 6 on näha, et pärast tahke lahusega vanandamist on võrdsed terad ilmsemad, mis näitab, et protsessi parameetrid, nagu sepistamise deformatsioon, on mõistlikud.

Joonis 5 φ160mmTi-1023 titaanisulamist varda R-oleku mikrostruktuur erinevates asendites: (a) serv; a) serv; b) D/4; c) keskus

Joonis 6 Φ160mmTi-1023 titaanisulamist varda mikrostruktuur erinevates kohtades pärast lahusega vanandamist: (a) serv; a) serv; b) D/4; c) keskus

2.3. Tulipunktide tuvastamise tulemused

Ti{0}} titaanisulamis sisalduva Fe elemendi tasakaalukonstant on 0,3, millel on suur kalduvus eralduda. Titaanisulamis Ti-1023 punktide moodustumise peamine põhjus on "Fe" sulami materjalide lokaalne eraldumine ja rikastumine, mille tulemusena on selle osa faasimuutuse temperatuur madalam kui maatriksil, moodustades seega faas, mis ei sisalda primaarset faasi või on faasi sisu suhteliselt hõre. Rikkalik Fe piirkond. See punkt mõjutab tõsiselt sulami plastilisust ja madala tsükliga väsimust.

TB6 sulamist valuplokkide ebaühtlane Fe koostis on "kaasasündinud" tegur, mis viib laikude tekkeni, samas kui sellele järgnev kuumtöötlemine ja kuumtöötlusprotsess on "omandatud" tegurid, mis mõjutavad laikude teket. Vastavalt GJB1538 kuumtöötlusprotsessile valiti varraste ettevalmistamiseks 785 kraadi × 1,5 h WC ja 530 kraadi × 8 h vahelduvvoolu. Varda keha vaatlemisel selgus, et varda kere makroskoopilises morfoloogias ei esinenud lokaalseid kõrvalekaldeid (joonis 7); primaarse faasi sisaldus mikrostruktuuris oli umbes 15%, mis vastas GJB1538 standardile, mille kohaselt primaarfaasi sisaldus oli suurem kui 10%. Nagu on näidatud joonisel 8. See näitab, et sulatus- ja sepistamisprotsessil on teatud märkimisväärne mõju täppide kontrollimisele.

Joonis 8 Φ160 mm Ti-1023 titaanisulamist varda mikrostruktuur: (a) serv; b) D/4; c) keskus

Tabelist 1 on selgelt näha, et kõik varda omadused vastavad asjakohaste näitajate nõuetele. Sellel on kõrge plastilisus, ühtlane põiki- ja pikisuunaline tugevus ning teatud marginaal võrreldes plastilisuse standardväärtusega. See näitab, et sepistamise käigus kasutatakse sobivat tehnoloogiat, et saavutada suhteliselt piisav deformatsioon, nii et varda konstruktsiooni ühtlus kõikides suundades on suhteliselt hea ja erinevus väike.

2.5. Varraste ultraheliuuringud

SonATEST 380M ultraheli veadetektorit ja Olympus V109 sondi kasutati ultrahelivigade tuvastamiseks Φ160 mm Ti-1023 titaanisulamist viimistletud vardadel. Lainekuju järgi otsustades ei ole müratase kõrgem kui 20%, müra on ühtlane ja ilmseid defektisignaale pole. , on põhjalaine muutuse amplituud alla 6 dB ja müratase on pool heliteest? 1,2 –9 dB ~ –12 dB (joonis 9), mis näitab, et valmis ritv vastab GB/T5193-2007 standardi A1 taseme nõuetele. Joonisel 9 tähistab abstsiss sügavust ja ordinaat signaali kõrgust. Täisekraan on arvutatud 100%.