1. Forjarea efectului termic
După o anumită notă de lingouri de aliaj de titan la temperatură ridicată a fost falsificat pe o mașină de forjare rapidă, acesta a fost încălzit și forjat într-o bară de 165 mm în regiunea + în două faze de mai multe ori. După tratamentul termic, macrostructura sa a fost observată a fi o structură cristalină fuzzy, iar microstructura sa a fost o structură echiaxată, care este o structură echiaxată ideală a aliajului de titan + în două faze. Fotografia de microstructură este prezentată în figura 1a. După ce bara φ 165 mm a fost tăiată și tăiată, a fost încălzită la 5 0 sub punctul de transformare a fazei și forjat într -un φ 110 mm × 110 mm Billet pătrat pe un ciocan hidraulic de 30 kN. Când s -a constatat că Billet -ul pătrat a fost disecat și analizat, s -a constatat că miezul era clar. Fotografia de microstructură este prezentată în figura 1B. Microstructura este rotația Lath +, care este o structură tipică Widmanstatten cu limitele de cereale clare. aparține structurii supraîncălzite din aliaj de titan. Cristalul semi-clar este la 20 până la 30 mm distanță de suprafață. Fotografia de microstructură este prezentată în figura 1C. Microstructura este rotația Lath + echiaxed +. Numărul de echiaxed este rar, numărul de laths este mare și există granițe de cereale distribuite discontinuos; Intervalul de la 0 la 20 mm de la suprafață este cristalul fuzzy.
Un lot de bare de aliaj de titan φ80mm TC4 are o microstructură eqiaxed tipică (a se vedea figura 2A), iar conținutul primar echiaxed este mai mare de 70%. După forjarea morții pe un ciocan de încălzire la 940 de grade (punctul de transformare a aliajului 995 grad), microstructura miezului de forjare a matriței este prezentată în figura 2B, iar conținutul de echiaxare primară este doar aproximativ 15%, ceea ce este cauzat de supraîncălzirea temperaturii de forjare.
Aliajele de titan deformate deasupra punctului de tranziție de fază ( + / temperatura de transformare) pentru a obține structuri de coș de coș sau structuri widmanstatten cu proprietăți de plasticitate și de oboseală slabă. Prin urmare, majoritatea standardelor tehnice ale produsului din aliaj de titan necesită ca microstructurile aproape-tip și + - produse din aliaj de titan în fază dublă să fie în general structuri echiaxate sau structuri cu stare dublă, cu performanțe cuprinzătoare bune. Prin urmare, aproape -tipul și + - produsele din aliaj de titan în fază dublă sunt, în general, încălzite și falsificate la gradul 30-60 sub punctul de tranziție de fază. Un număr mare de studii și practici de inginerie au arătat că, odată cu creșterea temperaturii de încălzire a forjării, conținutul de echiaxed primar în microstructura aliajelor de titan în fază dublă este semnificativ redus, în timp ce conținutul de Laths este semnificativ crescut. Adică, atunci când aliajul de titan duplex este încălzit sub punctul de transformare a fazei, pe măsură ce temperatura de încălzire crește, faza equiaxed primară în structură se transformă treptat în fază, ceea ce duce la o scădere a conținutului de echiaxar primar, o morfologie mai mică și o creștere a conținutului de lath în microstructura aliajului de titan după încălzire și forjare. Când temperatura de încălzire și forjare depășește punctul de transformare a fazei al aliajului de titan, faza equiaxed primară în structura aliajului de titan duplex dispare complet și devine o structură de coș de coș sau o structură widmanstatten.
Conductivitatea termică a titaniului este 0. 036Cal/cm · s · grad (1Cal/cm · S · grad =418. 68W/cm · K), care este 1/15 de aluminiu și 1/5 de fier la temperatura camerei. În timpul procesului de forjare a aliajului de titan pe ciocan, datorită vitezei ridicate de deformare instantanee (7 ~ 9m/s pe ciocan) și a frecvenței ridicate de lovire, stresul de flux intern al aloiei este prea mare, iar o cantitate mare de energie mecanică este consumată și transformată în căldură internă într -un timp scurt. Întrucât deformarea miezului billet -ului este mai mare decât cea a zonei înconjurătoare, iar condițiile de disipare a căldurii sunt slabe, temperatura din interiorul biletului crește și temperatura zonei centrale, cu abordările maxime de deformare sau chiar depășește punctul de tranziție în faza de aliaj, rezultând o scădere accentuată sau chiar dispariția completă a microstructurii echiaxate primare în centrul bildei finale. Atunci când supraîncălzirea este serioasă, organizația este transformată într -o organizație de performanță foarte slabă. După ce cele două aliaje tipice de titan tipice în fază dublă sunt falsificate de Hammer, conținutul primar echiaxed în microstructurile lor scade brusc, iar conținutul de lath crește în consecință. Microstructura este transformată dintr -o structură echiaxată ideală într -o structură slabă Widmanstatten. Motivul principal este că aliajul de titan este supraîncălzit în timpul procesului de deformare instantaneu și sever.
În timpul deformării de forjare a aliajului de titan, centrul este în general zona de deformare violentă, astfel încât centrul este zona cu cea mai mare creștere a temperaturii. Creșterea temperaturii în centru este utilizată ca bază principală pentru formularea procesului de forjare. Atunci când forjarea aliajului de titan cu un ciocan de forjare cu o viteză de forjare mai rapidă, trebuie luat în considerare efectul de căldură central în timpul procesului de forjare, iar semifabricatul nu poate fi lovit continuu. Este recomandat să utilizați o presă sau o mașină de forjare rapidă pentru forjarea aliajului de titan, dacă condițiile permit condițiile. Acest tip de echipament de forjare are o viteză scăzută de izbitor, iar rata de încordare instantanee a semifabricatului în timpul forjării este scăzută. Căldura de deformare generată nu este foarte evidentă. În același timp, există suficient timp pentru ca căldura de deformare să difuzeze, ceea ce nu va provoca o creștere semnificativă a temperaturii de miez instantanee.
2. Organizație neuniformă
When observing the microstructure of a batch of TC17 titanium alloy die forgings, it was found that there were certain large blocky phases (commonly known as coarse blocks) in the basket structure, see Figure 3. The TC17 titanium alloy die forgings were produced using a sub- forging process (heating die forging at 40 degree above the phase transition point, air cooling after forging), and the microstructure was expected to be a Structura coșului uniform.
Acest tip de bloc grosier se numește și Big White Block. În comparație cu banda normală fină din structura coșului, este o formă grosieră și neuniformă. Crește de la granița la cereale, rar intercalând, iar interfața sa de cristal este relativ aspră și neuniformă, în timp ce interfața de cristal a benzii normale este relativ netedă. Studiile au arătat că microharditatea acestui bloc grosier este cu aproximativ 10% mai mică decât cea a benzii normale, ceea ce face ca plasticitatea din aliaj și stabilitatea termică să scadă, afectând calitatea forjarelor, astfel încât este necesar să preveniți acest tip de structură inegală în aliaj de titan. În timpul procesului de topire și solidificare a aliajului de titan, datorită coeficientului de distribuție a echilibrului a diferitelor elemente de aliaj ≠ 1, există îmbogățirea și segregarea elementelor stabilizate la granițele post-solidificate, astfel încât faza precipită mai întâi la îmbogățirea acestuia și crește de-a lungul graniței de cereale la cereale, formând astfel un bloc de coarse. Segregarea componentelor de micro-regiune este motivul fundamental pentru generarea acestei structuri inegale.
Micro-region component crystallization segregation is caused by the equilibrium distribution coefficient k0>1 sau k 0<1. The segregation formed by different solute concentrations in the successive crystallization regions of the alloy is normal segregation. This segregation is difficult to avoid completely, but it can be controlled by appropriate measures. On the one hand, it can be controlled by improving and optimizing the ingot smelting process parameters, and on the other hand, it can be improved and eliminated by appropriate forging processes. In terms of forging process, firstly, during the forging of the ingot, appropriate high-temperature homogenization treatment is used. The microscopic intracrystalline dendrite segregation in the columnar structure area of the ingot is improved and eliminated by homogenization annealing or deformation recrystallization; secondly, during the die forging process of the alloy billet and the finished product, appropriate post-forging cooling methods are used to control it and inhibit the appearance of coarse α blocks in its microstructure. The use of air cooling after the sub-β die forging of the above-mentioned TC17 titanium alloy forgings is the cause of the appearance of coarse α blocks. The post-forging cooling rate is slow, the undercooling degree is small, and the nucleation rate is low, so the α phase has enough time to grow and form coarse α blocks.
Răcirea rapidă (răcire de apă sau răcire de ulei) după sub-forjare poate reduce sau inhiba semnificativ aspectul blocurilor grosiere. Accelerarea ratei de răcire și creșterea gradului de supracooling poate crește rata de nucleare a fazei. Deși există segregarea elementelor din aliaj în zona locală, care are condiții pentru creșterea blocurilor grosiere, faza nu a avut timp să crească și să se contopească, iar procesul de transformare a fazelor a întregii organizații s -a încheiat. Controlul vitezei de răcire poate modifica semnificativ morfologia și distribuția fazei precipitate. Răcire de apă sau răcire de ulei după forjare fixează toate sau o parte din defectele de cristal (luxații, subgraine) și organizații deformate cu densitate de dislocare crescută generată prin forjarea la temperatura camerei, adăugând un număr mare de nuclee de cristal pentru recristalizare în procesul ulterior de tratare termică. În tratamentul termic ulterior, se obțin mecanismul de precipitare a fazei de la mecanismul de nucleare indus în condiții de răcire a aerului la un mod de nucleare independent și sunt obținute fâșii mici, haotice, întrețesute de primare și secundare. Această organizație poate îmbunătăți semnificativ proprietățile cuprinzătoare ale aliajului.
3. Defecte de tip cavitate
În timpul inspecției cu ultrasunete din fabrică a unui lot de bare de aliaj de titan TA7 de 70mm TA7, au fost găsite unde de defecte excesive. După disecarea locației defectelor, a fost efectuată o inspecție orizontală cu putere redusă. După coroziune, au fost găsite un număr mare de „gropi” la inspecția cu putere redusă, concentrate în principal în zona centrală a barei și nu s-au găsit „gropi” în afara razei de 1/4 a barei. Ulterior, gropile au fost observate la o putere mare și s -au dovedit a fi defecte de gol intergranulare. Fotografiile de microstructură ale defectelor sunt prezentate în figura 4. Unele studii consideră că fenomenul „Pit” este legat de coroziune, iar fenomenul „PIT” devine mai evident pe măsură ce timpul de coroziune crește; Unele studii consideră că „groapa” poate fi legată de conținutul ridicat al elementului de impuritate Fe. Cu toate acestea, punctele de vedere de mai sus sunt dificil de explicat fenomenul undelor de defecte excesive în testarea cu ultrasunete și fenomenul gol găsit în analiza de mare putere.
Un număr mare de practici de inginerie au dovedit că performanța procesului de forjare a TA7 este mai rea decât cea a altor aliaje de titan, cum ar fi TC4 și TC11. Este mai predispus la crăpături în timpul procesului de forjare decât alte aliaje de titan, iar rata de propagare a fisurilor este mai rapidă. Materialele metalice, cum ar fi aliajele de titan și aluminiu, sunt predispuse să inducă slăbiciune, goluri și chiar fracturi atunci când sunt supuse unor tulpini mari (cum ar fi formarea superplastică). Golurile din aliaj de titan TA7 sunt induse de tulpini mari. Sub rate mari de tulpină, tensiunea de flux a aliajului de titan TA7 crește semnificativ în comparație cu condițiile statice, dar plasticitatea scade semnificativ; Pe măsură ce viteza de tulpină crește, tulpina de tensiune a fluxului crește, dar există o viteză critică de tulpină. Când valoarea critică este depășită, materialul va fractura; Când rata de tulpină atinge valoarea critică, în bandă este generată o bandă de forfecare adiabatică și se formează micro-vade în bandă. În cadrul acțiunii stresului extern, golurile se adună treptat și cresc și chiar formează micro-cracuri. Microvoidele sunt întotdeauna formate de -a lungul benzii de deformare a forfecării maxime. Acest lucru se datorează faptului că în deformarea localizată, banda maximă de forfecare se deformează violent, rezultând o temperatură ridicată, care înmoaie materialul din bandă și devine un loc ideal pentru defecte precum fisuri și goluri. În timpul procesului de forjare, deformarea zonei centrale a barului TA7 este cea mai mare, difuzarea căldurii de deformare este cea mai lentă, iar temperatura de deformare este cea mai mare. Prin urmare, golurile sunt cel mai probabil să apară în timpul deformării mari.
Studiile au arătat că deformarea plastică a materialelor metalice este însoțită de modificări în morfologia organizațională, în principal creșterea cerealelor, alungirea equiaxed, rotația și alunecarea cerealelor, proliferarea dislocării, recuperarea dinamică și recristalizarea și nuclearea și creșterea nucleului. Glisarea limitelor de cereale este principalul mecanism de deformare plastică. Glisarea limitelor de cereale poate provoca concentrația locală de stres și poate împiedica apariția ulterioară a alunecării limitelor de cereale. Când concentrația de stres nu poate fi eliminată prin mișcarea de dislocare, golul va nuclea și apoi va crește. Golul nucleează în mod preferențial la granița triunghiulară. Pe măsură ce deformarea crește, golul începe să crească, iar golul nu crește într -o stare echiaxată, ci crește într -o manieră eliptică. Golurile sunt ușor de difuz la limitele de cereale care împărtășesc stresul de tracțiune paralel, formând astfel un flux de vacanță direcțional în direcția tensiunii de tracțiune, care se adună continuu spre centrul golului, permițând golul să crească paralel cu direcția de tracțiune. Un număr mare de literaturi menționează că „pitting -ul” și golurile sunt predispuse să apară în timpul procesului de forjare al acestui aliaj. Through the analysis of the formation mechanism of "pitting" and void defects of TA7 titanium alloy, we have summarized a set of effective methods to prevent void defects in TA7 titanium alloy forgings, which is to strictly control the deformation amount of each fire to Less than or equal to 50%, strictly control the deformation rate, and preferably use hydraulic or hydraulic press forging, and try to avoid hammer forging, which has achieved good Rezultate în producție.
4. Concluzie
În prezent, defectele comune de forjare în aliajele de titan includ în principal supraîncălzirea și structura inegală, golurile, fisurile, etc. Aceste defecte sunt în general ușor de găsit în inspecția microstructurii sau testarea cu ultrasunete a produselor din aliaj de titan. Acestea sunt cauzate în principal de controlul necorespunzător al parametrilor procesului în timpul procesului de forjare a produselor din aliaj de titan. Prin urmare, în procesul de forjare, este necesar să selectați o rată de deformare adecvată (echipamente de forjare), temperatura de forjare a încălzirii, cantitatea de deformare pe trecere și viteza de răcire după forjare în funcție de caracteristicile diferite ale materialelor din aliaj de titan.
