Sifat dan struktur batang titanium Ti-1023
Paduan titanium Ti-1023 adalah paduan titanium dengan keandalan tinggi, biaya rendah, kekuatan tinggi, ketangguhan tinggi, mendekati beta. Komposisi nominalnya adalah Ti-10V-2Fe-3Al. Ia memiliki keunggulan kekuatan spesifik yang tinggi, ketangguhan patah yang baik, bagian padam yang besar, anomali isotropik yang kecil, suhu penempaan yang rendah, dan ketahanan terhadap korosi tegangan yang kuat. Ini dapat memenuhi persyaratan desain dengan keandalan tinggi dan biaya produksi rendah, sehingga banyak digunakan di bidang kedirgantaraan.
Artikel ini merangkum proses produksi wajar batang paduan Ti-1023 dengan menyelidiki komposisi ingot dan sifat makroskopis, struktur mikro, dan mekanik batang, dan mencapai hasil yang diharapkan.
1. Eksperimen
Dalam percobaan, {{0}}Titanium spons partikel kecil tingkat dan paduan utama multi-elemen diumpankan bersama selama 2 t, dan dilebur tiga kali dalam tungku busur listrik vakum untuk menyiapkan 65{{8 }} mm batangan paduan titanium Ti1023. Komponen utama (fraksi massa, %) V adalah 9,0%~11,0%. , Fe 1,6%~2,2%, Al 2,6%~3,4%, dan sisanya Ti, yang memenuhi persyaratan GJB1538. Setelah batangan baja dipotong menjadi riser, bottom, dan mata gergaji, sampel diambil dari kepala melingkar aksial, tengah, dan ekor (Gambar 1) dan posisi penampang jam 9 (Gambar 2), dan komponen terutama diuji menggunakan spektrometri emisi atom. Kandungan unsur paduan (Al, V, Fe) dan unsur pengotor lainnya.
Gambar 1 Diagram skema titik pengambilan sampel pada permukaan memanjang ingot
Gambar 2 Skema diagram pengambilan sampel pada posisi jam 9 pada penampang ingot
Potong sampel yang sesuai dari batangan paduan titanium Ti-1023, dan gunakan metode metalografi untuk menentukan suhu transformasi fasa/fasa menjadi 805~810 derajat . Seluruh ingot diproses dan ditempa menggunakan jalur proses "tinggi-rendah-tinggi-rendah". Mesin tempa cepat 45/50MN digunakan untuk membuka billet baja di area fase tunggal (area -fase), dan akhirnya ditempa menjadi batangan jadi berukuran 160mm.
Menurut standar GJB1538, spesimen dengan tebal 20 mm dan spesimen panjang 80 mm dipotong memanjang dari batang 160 mm, dan berbagai uji kinerja dilakukan untuk menentukan struktur dan sifat mekanik batang paduan titanium Ti-1023. Setelah spesimen setebal 20 mm diratakan, periksa keadaan R, titik (785 derajat ×1,5 jam WC 530 derajat ×8 jam AC) dan penuaan larutan padat (775 derajat ×1,5 jam WC 540 derajat ×8 jam AC). Perbesar jaringan, gunakan mikroskop metalografi ICX41M untuk mengamati morfologi jaringan dan mengambil foto metalografi. Setelah batang sampel sepanjang 80 mm diberi perlakuan panas pada suhu 775 derajat × 1,5 jam WC dan 540 derajat × 8 jam AC dalam tungku peredam, gergaji pita semi-otomatis H-5550K digunakan untuk memotong bagian melintang dan memanjang. blanko spesimen pada blok sampel D. /4. , diolah menjadi benda uji sifat mekanik sesuai dengan persyaratan standar, dan dilakukan uji sifat mekanik tarik pada suhu kamar. Uji tarik diukur pada mesin uji tarik CMT5205. Pada saat yang sama, batangan yang sudah jadi juga menjalani pengujian non-destruktif ultrasonik kontak.
2 Hasil dan analisis
2.1. Analisis komposisi kimia batangan baja
Sesuai dengan persyaratan pengambilan sampel produk, sampel diambil di 9 titik pada bagian kepala memanjang, tengah, ekor, dan penampang permukaan ingot baja untuk mendeteksi kandungan unsur paduan utama di berbagai bagian. Hasil pengujian menunjukkan bahwa komposisi kimia tablet memenuhi persyaratan standar teknis terkait. Secara khusus, hasil pendeteksian kandungan unsur pengotor (C, N, O, H) pada posisi kepala dan ekor permukaan memanjang semuanya memenuhi persyaratan kisaran standar, yang menunjukkan bahwa kemurnian ingot sangat tinggi.
Gambar 3 adalah grafik statistik komposisi kimia unsur paduan utama di berbagai bagian ingot. Lokasi titik pengambilan sampel adalah permukaan memanjang kepala bulat luar, tengah, dan ekor ingot (titik 1 hingga 3), serta tiga potongan melintang kepala, tengah, dan ekor (titik 4 hingga 30) . Terlihat pada Gambar 3, komposisi kimia unsur utama Al, V, dan Fe yang diukur pada titik atas, tengah, dan bawah permukaan lingkaran luar sedikit berfluktuasi. Kandungan unsur Al 3,16%~3,24%; konten elemen V adalah 9.86%. ~1{{20}}.06%; Kandungan unsur Fe 1,77%~1,89%; Simpangan unsur Al dan V tidak lebih dari 0,2%, di antaranya simpangan unsur Fe yang mudah dipisahkan tidak lebih dari 0,12%, menunjukkan bahwa komposisi kimia aksial dari ingot yang dihasilkan seragam; ingot Uji komposisi kimia sembilan titik pada bagian kepala, tengah dan bawah semuanya memenuhi persyaratan standar. Simpangan maksimum unsur utama Al dan V tidak lebih dari 0,13%~0,27%, dan simpangan unsur Fe yang mudah dipisahkan tidak lebih dari 0,34%. Secara keseluruhan, ingot memiliki keseragaman yang baik dan seluruh komponen unsur memenuhi standar teknis.
Gambar 3 Diagram komposisi elemen paduan pada posisi berbeda dari ingot paduan titanium Ti-1023
Selama proses peleburan busur baja ingot yang dapat dikonsumsi secara vakum, terdapat Fe, suatu elemen yang rentan terhadap segregasi, dan komposisi atau segregasi yang tidak merata dapat terjadi selama peleburan ingot baja. Menurut diagram fase paduan titanium dan teori pemadatan paduan, dalam kondisi pemadatan normal, elemen paduan dengan koefisien segregasi k lebih besar dari atau sama dengan 1 tidak rentan terhadap segregasi, kecuali elemen paduan dan paduan induk tidak sepenuhnya homogen selama peleburan. proses; paduan dengan koefisien segregasi k < 1 Unsur, meskipun paduan tersebut homogen dalam keadaan cair, masih terdapat perbedaan tertentu antara komposisi fasa padat dan komposisi fasa cair pada suhu yang sama selama pemadatan. Kandungan unsur pada fasa cair selalu lebih tinggi dibandingkan pada fasa padat sehingga menyebabkan ingot mudah terpisah pada bagian tengah dan kepala. Terlihat pada Gambar 3, kandungan unsur Fe sedikit lebih tinggi pada titik tengah kepala bagian, disusul bagian tengah, dan terakhir pada bagian ekor, sesuai dengan analisis di atas.
Secara keseluruhan, komposisi kimia elemen paduan utama ingot paduan titanium Ti-1023 kelas 2t terdistribusi secara merata dan memiliki kemurnian yang baik, yang semuanya memenuhi persyaratan teknis ingot. Hal ini juga menggambarkan pentingnya pemilihan bahan baku dan pengecoran ingot dalam proses peleburan. Pengendalian proses dan aspek lainnya masuk akal dan layak.
2.2. Analisis struktur batang dan morfologi
Foto keadaan tempa (keadaan R) paduan titanium Ti-1023 setelah pemotongan spesimen dari posisi kepala dan ekor batang 160mm untuk korosi permukaan.
Seperti dapat dilihat dari Gambar 4, struktur batang dengan perbesaran rendah adalah kristal fuzzy yang seragam, dan tidak ada cacat metalurgi seperti segregasi dan inklusi, yang menunjukkan bahwa blanko tempa telah mencapai deformasi yang cukup. Memanfaatkan tekanan tonase yang besar dari mesin tempa cepat berbobot 4,500-ton, rute proses "tinggi-rendah-tinggi-rendah" digunakan untuk beberapa kali penempaan api guna memecah butiran as-cast sepenuhnya, membalikkan penempaan biji-bijian billet, dan meningkatkan penetrasi penempaan billet. karakteristiknya, membuat struktur batang lebih seragam. Proses penempaan memanfaatkan karakteristik pemrosesan pertumbuhan butir yang sangat lambat ketika rekristalisasi matriks beta dari paduan mendekati beta selesai dengan cepat, menyebabkan butiran logam berulang kali pecah, subbutir bergabung dan tumbuh, dan batas butir bermigrasi, sehingga struktur batang akhir cenderung seragam. , yang meletakkan dasar yang baik untuk struktur seragam dan kinerja batang yang baik.
Gambar 4 Foto status R batang paduan titanium φ160mmTi-1023 pada posisi berbeda: (a) kepala; (b) ekor
Potong sampel melintang dari area berbeda (tepi, D/4, tengah) sesuai dengan posisi kepala spindel pada benda uji batang, dan amati keadaan R dan struktur mikro setelah perlakuan panas penuaan larutan. , lihat Gambar 5 dan Gambar 6. Seperti dapat dilihat dari Gambar 5, struktur mikro keadaan-R batang terdiri dari matriks dan fase primer seragam, halus, dan sama sumbu yang didistribusikan pada matriks. Ukuran rata-rata fase primer adalah sekitar 3,5 μm, dan fraksi volume fase primer lebih dari 35%. Gambar 6 menunjukkan bahwa setelah perlakuan penuaan larutan padat, butiran ekuaks menjadi lebih jelas, yang menunjukkan bahwa parameter proses seperti deformasi tempa masuk akal.
Gambar 5 Struktur mikro keadaan R batang paduan titanium φ160mmTi-1023 pada posisi berbeda: (a) tepi; (a) tepi; (b)H/4; (c) pusat
Gambar 6 Struktur mikro batang paduan titanium Φ160mmTi-1023 di lokasi berbeda setelah perlakuan penuaan larutan: (a) tepi; (a) tepi; (b)H/4; (c) pusat
2.3. Hasil deteksi titik batang
Konstanta distribusi kesetimbangan unsur Fe dalam paduan titanium Ti{{0}} adalah 0,3 yang memiliki kecenderungan pemisahan yang besar. Alasan utama terbentuknya titik-titik pada paduan titanium Ti-1023 adalah pemisahan lokal dan pengayaan bahan paduan "Fe", yang mengakibatkan suhu transformasi fasa bagian ini lebih rendah daripada suhu matriks, sehingga terbentuk fase yang tidak mengandung fase primer atau kandungan fasenya relatif sedikit. Daerah Fe yang kaya. Intinya akan sangat mempengaruhi plastisitas dan umur kelelahan siklus rendah dari paduan tersebut.
Komposisi Fe yang tidak merata pada ingot paduan TB6 merupakan faktor “bawaan” yang menyebabkan terbentuknya bercak, sedangkan perlakuan panas dan proses perlakuan panas selanjutnya merupakan faktor “didapat” yang mempengaruhi terbentuknya bercak. Menurut proses perlakuan panas di GJB1538, 785 derajat × 1,5 jam WC dan 530 derajat × 8 jam AC dipilih untuk menyiapkan batang. Pengamatan pada badan batang menunjukkan tidak terdapat kelainan lokal pada morfologi makroskopis badan batang (Gambar 7); kandungan fase primer dalam struktur mikro adalah sekitar 15%, yang memenuhi persyaratan standar GJB1538 dengan kandungan fase primer lebih dari 10%. Seperti terlihat pada Gambar 8. Hal ini menunjukkan bahwa proses peleburan dan proses penempaan mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap pengendalian titik.
Gambar 8 Struktur mikro batang paduan titanium Ti-1023 Φ160mm: (a) tepi; (b)H/4; (c) pusat
Tabel 1 menunjukkan dengan jelas bahwa semua sifat batang memenuhi persyaratan indikator yang relevan. Ini memiliki plastisitas tinggi, kekuatan melintang dan memanjang yang seragam, dan margin tertentu dibandingkan dengan nilai standar plastisitas. Hal ini menunjukkan bahwa teknologi tepat guna digunakan selama penempaan untuk mencapai deformasi yang relatif cukup, sehingga keseragaman struktur batang ke segala arah relatif baik dan perbedaannya kecil.
2.5. Pengujian ultrasonik batangan
Detektor cacat ultrasonik SonATEST 380M dan probe Olympus V109 digunakan untuk melakukan deteksi cacat ultrasonik pada batang jadi paduan titanium Φ160 mm Ti-1023. Dilihat dari bentuk gelombangnya, tingkat kebisingan tidak lebih dari 20%, kebisingannya seragam, dan tidak ada sinyal cacat yang jelas. , perubahan amplitudo gelombang bawah kurang dari 6 dB, dan tingkat kebisingan setengah dari jalur suara? 1,2 –9 dB ~ –12 dB (Gambar 9), menunjukkan bahwa batang yang telah selesai dapat memenuhi persyaratan level A1 standar GB/T5193-2007. Pada Gambar 9, absis mewakili kedalaman, dan ordinat mewakili tinggi sinyal. Layar penuh dihitung 100%.
