مقدمه
آلیاژهای تیتانیوم دارای مزایای وزن سبک، استحکام ویژه بالا، مقاومت حرارتی خوب و مقاومت در برابر خوردگی عالی هستند و به طور گسترده در دفاع ملی، صنایع نظامی و اقتصاد ملی استفاده می شوند. مورفولوژی ریزساختار یک عامل تعیین کننده بر عملکرد آلیاژهای تیتانیوم است که عمدتاً به ترکیب شیمیایی، فرآیند آهنگری و روش عملیات حرارتی بستگی دارد. هنگامی که ترکیب شیمیایی ثابت می شود، کیفیت آهنگری های آلیاژ تیتانیوم عمدتاً توسط فرآیند آهنگری تعیین می شود، یعنی ریزساختار ضعیفی که در طول فرآیند آهنگری تشکیل می شود، به سختی با فرآیندهای عملیات حرارتی بعدی بهبود می یابد. در عین حال، آلیاژهای تیتانیوم به پارامترهای فرآیند آهنگری بسیار حساس هستند. دمای آهنگری بر رفتار تبدیل فاز حالت جامد آلیاژهای تیتانیوم تأثیر میگذارد و میزان تغییر شکل و نرخ تغییر شکل نیز بر نسبت، مورفولوژی، اندازه و توزیع فاز و فاز تأثیر میگذارد.
TC4 (Ti{3}}6Al-4V) یک آلیاژ تیتانیوم دو فاز مارتنزیتی هم محور است که برای اولین بار توسط ایالات متحده در سال 1954 ساخته شد. عملکرد و عملکرد پردازشی جامع عالی دارد و عمدتاً برای تولید قطعات باربر مانند فن ها، دیسک های کمپرسور و تیغه های موتور aero استفاده می شود. اکنون به یک آلیاژ تیتانیوم پرمصرف در جهان تبدیل شده است. ریزساختار آن را می توان به چهار نوع طبقه بندی کرد: ساختار دو وجهی، ساختار هم محور، ساختار لایه ای و ساختار سبد. انواع ریزساختارهای مختلف با خواص مکانیکی متفاوتی مطابقت دارند. بنابراین، مطالعه تأثیر فرآیندهای آهنگری مختلف بر ریزساختار و خواص آلیاژ تیتانیوم TC4 اهمیت مهندسی مهمی دارد.
1. مواد و روشهای آزمایشی
دمای آهنگری و درجه تغییر شکل به عنوان پارامترهای متغیر فرآیند آهنگری انتخاب شدند. بر اساس دمای تبدیل (+)/ فاز آلیاژ تیتانیوم TC4 (985 تا 990 درجه)، چهار دمای آهنگری تعیین شد. فرآیند 1 تا 4 + آهنگری بود، فرآیند 5 نزدیک{10}} آهنگری بود و فرآیند 6 آهنگری بود. سه درجه تغییر شکل مختلف بر اساس دمای آهنگری 950 درجه برای بررسی میزان تغییر شکل بهینه برای آهنگری + معمولی انتخاب شد.
اندازه تک-تکه خالی نوار آلیاژ تیتانیوم TC4 150 میلی متر بود. پس از گرم شدن، میله در امتداد جهت شعاعی آهنگری و مسطح شد. فرآیند عملیات حرارتی بازپخت آهنگری (720±10) درجه × 1 ساعت + AC بود، با هدف حذف تنش داخلی، بهبود انعطاف پذیری و پایداری ریزساختار.
ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری مشاهده و آنالیز شد. نمونه های متالوگرافی با سیم برش، جاسازی، آسیاب و صیقل داده شدند تا نمونه ها به دست آید. اچانت محلول الکل اسید نیتریک 3 درصد بود. با توجه به الزامات GB/T228.1-2010 و GB/T30758-2014، نمونه های آزمایش طراحی و پردازش شدند. خواص کششی، مدول الاستیک و نسبت پواسون به ترتیب با استفاده از دستگاه تست کشش EBS-3000 و تستر مدول الاستیک IET-01 مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج آزمون میانگین سه اندازه گیری بود. مورفولوژی شکست کششی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده و تجزیه و تحلیل شد. سختی برینل مطابق با GB/T231.1-2009 آزمایش شد. تجهیزات تست سختی سنج دیجیتال HBS-3000 بود. نیروی آزمایش 612.5 نیوتن و زمان نگهداری فشار 15 ثانیه بود. نتایج آزمون میانگین سه نقطه اندازه گیری در همان موقعیت هر نمونه بود.
3 نتیجه گیری
این مقاله تأثیر فرآیندهای آهنگری مختلف را بر روی ریزساختار، خواص کششی، مورفولوژی شکست کششی و ریزسختی آلیاژ تیتانیوم TC4 مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و نتایج زیر حاصل شد:
(1) هنگامی که دمای آهنگری 920 و 950 درجه بود، چهار نوع ساختار هم محور به دست آمد. هنگامی که دمای آهنگری 985 درجه بود، یک ساختار دو وجهی به دست آمد. هنگامی که دمای آهنگری 1020 درجه بود، یک ساختار لایه ای به دست آمد. اندازه و کسر حجمی دانه های اولیه و مورفولوژی ثانویه به طور قابل توجهی با درجه حرارت آهنگری و درجه تغییر شکل متفاوت بود.
(2) ساختار هم محور استحکام کمی کمتر اما توانایی تغییر شکل پلاستیک بهتر داشت. ساختار لایه ای بالاترین استحکام را داشت، اما به دلیل "شکنندگی"، توانایی تغییر شکل پلاستیک آن ضعیف بود. ساختار دو وجهی استحکام و پلاستیسیته بالا را متعادل میکند، و عملکرد جامع آن بهتر از ساختار هم محور بود، که نشان میدهد محتوای بیش از حد بالای اولیه هم محور، خواص مکانیکی TC4 را مهار میکند.
(3) سطوح شکست کششی شش ریزساختار تقریباً هیچ ناحیه شعاعی را نشان نمیدهند، که نشاندهنده انعطافپذیری و چقرمگی خوب است که با کاهش زیاد مساحت و ازدیاد طول مطابقت دارد. ساختار هم محور مکانیزم شکست انعطاف پذیر را نشان می دهد، در حالی که ساختارهای دووجهی و لایه ای یک مکانیسم شکستگی شبه-را نشان می دهند.
(4) سختی با افزایش دمای آهنگری و درجه تغییر شکل افزایش یافت. تحت همان درجه تغییر شکل، هنگامی که دمای آهنگری از 950 درجه به 1020 درجه افزایش یافت، سختی 8.5٪ افزایش یافت. در همان دمای آهنگری، زمانی که درجه تغییر شکل از 10.7٪ به 69.6٪ افزایش یافت، سختی 4.8٪ افزایش یافت.