פגמים שכיחים של סגסוגות טיטניום ומניעתם

1. זיוף אפקט תרמי

לאחר שדרגה מסוימת של מטיל סגסוגת טיטניום בטמפרטורה גבוהה נוצרה במכונת זיוף מהירה, היא הייתה מחוממת ונמרחה לסרגל φ 165 מ"מ באזור + דו-פאזי במשך מספר פעמים. לאחר טיפול בחום, נצפתה המקרו-מבנה שלו כמבנה גביש מטושטש, והמיקרו-מבנה שלו היה מבנה שווה, שהוא מבנה אידיאלי שווה של + סגסוגת טיטניום דו-פאזית. תמונת המיקרו -מבנה מוצגת באיור 1 א. לאחר שנסחר ונחתך סרגל φ 165 מ"מ, הוא היה מחומם במידה 5 0 מתחת לנקודת הטרנספורמציה של הפאזה ונמרץ לפטיש φ 110 מ"מ × 110 מ"מ מרובע על פטיש הידראולי של 30 KN. כאשר הניתוח והכיכר הניתוח לאחר מכן, נמצא כי הגרעין היה קריסטל ברור. תמונת המיקרו -מבנה מוצגת באיור 1 ב. מבנה המיקרו הוא סיבוב Lath +, שהוא מבנה Widmanstatten טיפוסי עם גבולות גרעינים ברורים. שייך למבנה המחומם יתר על המידה בסגסוגת טיטניום. הגביש הברור למחצה נמצא במרחק של 20 עד 30 מ"מ מהשטח. תמונת המיקרו -מבנה מוצגת באיור 1 ג. מבנה המיקרו הוא Lath + Equaixed + סיבוב. מספר ה- Equiaxed נדיר, מספר ה- Laths הוא גדול ויש גבולות תבואה מופצים באופן רציף; הטווח של 0 עד 20 מ"מ מהשטח הוא קריסטל מטושטש.

לאצווה של סורגי סגסוגת טיטניום TC4 TC4 80 מ"מ יש מיקרו -מבנה טיפוסי שוויוני (ראה איור 2 א), והתוכן השוויוני העיקרי הוא יותר מ- 70%. לאחר זיתות של פטיש חימום במעלה של 940 מעלות (נקודת טרנספורמציה של סגסוגת 995 מעלות), מיקרו -מבנה של ליבת הזיוף למות מוצג באיור 2B, והתוכן העיקרי של השוויון הוא רק כ- 15%, הנגרם כתוצאה מחימום יתר של טמפרטורת הזיוף.

סגסוגות טיטניום מעוותות מעל נקודת המעבר שלב ( + / טמפרטורת טרנספורמציה) כדי להשיג מבני אריגת סל או מבנים widmanstatten עם תכונות פלסטיות ועייפות ירודות. לפיכך, מרבית הסטנדרטים הטכניים של מוצרי סגסוגת טיטניום מחייבים כי המיקרו-מבנים של כמעט סוג ו- + - סוג מוצרי סגסוגת טיטניום שלב כפול הם בדרך כלל מבנים שווים או מבנים במצב כפול עם ביצועים מקיפים טובים. לכן, כמעט סוג ו- + - סוג מוצרי סגסוגת טיטניום שלב כפול מחוממים בדרך כלל ומזויפים במידה 30-60 מתחת לנקודת המעבר שלב. מספר גדול של מחקרים ושיטות הנדסיות הראו כי עם עליית טמפרטורת החימום של זיוף, התוכן של השווה הראשוני במבנה המיקרו של סגסוגות טיטניום בשלב כפול מצטמצם משמעותית, בעוד שתוכן המלהבים מוגבר באופן משמעותי. כלומר, כאשר סגסוגת הטיטניום הדופלקס מחוממת מתחת לנקודת הטרנספורמציה שלב, ככל שטמפרטורת החימום עולה, השלב השוויוני העיקרי במבנה הופך בהדרגה לשלב, וכתוצאה מכך ירידה בתוכן השוויוני העיקרי, מורפולוגיה קטנה יותר, ועלייה בתכולת הדת בתכולת המיקרו של מיקרו -סטריום של טיטניום ואחרי. כאשר טמפרטורת החימום והזיוף חורגת מנקודת הטרנספורמציה שלב של סגסוגת הטיטניום, השלב השוויוני העיקרי במבנה סגסוגת הטיטניום הדופלקס נעלם לחלוטין, והופך למבנה של שטח סל דמוי סל או למבנה Widmanstatten.

המוליכות התרמית של טיטניום היא 0. 036cal/cm · s · תואר (1cal/cm · s · תואר =418. 68W/cm · k), שהוא 1/15 מאלומיניום ו- 1/5 של ברזל בטמפרטורת החדר. במהלך תהליך הזיוף של סגסוגת טיטניום על הפטיש, בגלל קצב העיוות המיידי הגבוה (7 ~ 9 מ '/ש' על הפטיש) ותדירות גבוהה של מכה, לחץ הזרימה הפנימי של הסגסוגת גדול מדי, וכמות גדולה של אנרגיה מכנית נצרכת ומומר לחום פנימי בזמן קצר. מכיוון שהעיוות של ליבת החוברת גדול יותר מזה של הסביבה ותנאי פיזור החום הם גרועים, הטמפרטורה בתוך העולה העולה והטמפרטורה של שטח המרכז עם התקרבות המקסימאלית של העיוות או אפילו עולה על נקודת המעבר של שלב הסגסוגת, וכתוצאה מכך ירידה חדה או אפילו היעלמות מלאה של מיקרו -שוויון שוויון ראשוני במרכז. כאשר התחממות יתר היא רצינית, הארגון הופך לארגון Widmanstaten של ביצועים גרועים מאוד. לאחר שתי סגסוגות הטיטניום הדו-פאזיות של פאזה כפולות לעיל מזויפות על ידי פטיש, התוכן השוויוני העיקרי במבני המיקרו שלהם יורד בחדות, ותכולת ה- LATH גדלה בהתאם. המיקרו -מבנה הופך ממבנה אידיאלי שווה למבנה ווידמנטטטן גרוע. הסיבה העיקרית היא שסגסוגת הטיטניום מתחממת יתר בתהליך העיוות המיידי והחמור.

במהלך זיוף עיוות של סגסוגת טיטניום, המרכז הוא בדרך כלל אזור העיוות האלים, כך שהמרכז הוא האזור עם עליית הטמפרטורה הגבוהה ביותר. עליית הטמפרטורה במרכז משמשת כבסיס העיקרי לגיבוש תהליך הזיוף. כאשר מזיזת סגסוגת טיטניום עם פטיש זיוף עם מהירות זיוף מהירה יותר, יש לקחת בחשבון את אפקט החום המרכזי במהלך תהליך הזיוף, ולא ניתן להכות את הריק ברציפות. מומלץ להשתמש בעיתונות או במכונת זיוף מהירה עבור זיוף סגסוגת טיטניום אם התנאים מאפשרים. סוג זה של ציוד זיוף יש מהירות בולטת נמוכה, וקצב המתח המיידי של הריק במהלך זיוף נמוך. חום העיוות שנוצר אינו ברור במיוחד. יחד עם זאת, יש מספיק זמן לחום העיוות להתפזר, מה שלא יגרום לעלייה משמעותית בטמפרטורת הליבה המיידית.

2. ארגון לא אחיד

כאשר התבוננו במיקרו-מבנה של אצווה של סגסוגת טיטניום TC17 Titanium, נמצא כי היו שלבים חסומים גדולים מסוימים (הידועים בדרך כלל כבלוקים גסים) במבנה הסל, ראו איור 3. TC17 Titanium Alloy Die, נוצרו בתהליך צמיחה תת-חימום (חימום למות בביצוע של 40 מעלות, ציפוי מעלה, צמיחה של מעלות, צינור מעלה). מבנה סל אחיד.

סוג זה של בלוק גס נקרא גם בלוק לבן גדול. בהשוואה לרצועה הנורמלית המשובחת במבנה הסל, היא גסה ולא אחידה בצורה. הוא צומח מגבול התבואה לדגן, לעיתים רחוקות משתלב, וממשק הקריסטל שלו יחסית מחוספס ולא אחיד, ואילו ממשק הקריסטל של הרצועה הרגילה חלק יחסית. מחקרים הראו כי המיקרו -קשיחות של בלוק גס זה נמוכה בכ -10% מזו של הרצועה הרגילה, מה שגורם לפלסטיות הסגסוגת ויציבות התרמית לרדת, ומשפיעים על איכות הסלחות, ולכן יש צורך למנוע סוג זה של מבנה לא אחיד בסגסוגת טיטניום. במהלך תהליך ההיתוך וההתמצקות של סגסוגת טיטניום, בשל מקדם חלוקת שיווי המשקל של יסודות סגסוגת שונים ≠ 1, קיימת העשרה והפרדה של יסודות מייצבים בגבולות התבואה שלאחר המריחה, כך שהשלב משקע תחילה בהעשרתו וצומח לאורך גבול התבואה, ובכך מהווה חסימת גסה. הפרדה של רכיבי מיקרו-אזורי היא הסיבה הבסיסית לייצור המבנה הלא אחיד הזה.

Micro-region component crystallization segregation is caused by the equilibrium distribution coefficient k0>1 או 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.

קירור מהיר (קירור מים או קירור שמן) לאחר סניף יכול להפחית באופן משמעותי או לעכב את המראה של בלוקים גסים. האצת קצב הקירור והגדלת מידת הקירור העל יכולה להגדיל את קצב הגרעין של השלב. למרות שיש הפרדה של אלמנטים בסגסוגת באזור המקומי, שיש לה את התנאים לצמיחת בלוקים גסים, השלב לא הספיק לצמוח ולהתמזג, ותהליך טרנספורמציה שלב של הארגון כולו הסתיים. שליטה בקצב הקירור יכולה לשנות באופן משמעותי את המורפולוגיה וההפצה של השלב המשקע. קירור מים או קירור שמן לאחר זיוף מתקנים את כל הפגמים בקריסטל או חלקם (ניתוק, תת -גרעינים) וארגונים מעוותים עם צפיפות ניתוק מוגברת שנוצרו על ידי זיוף לטמפרטורת החדר, והוסיפו מספר גדול של גרעינים גבישים לצורך התגבשות מחדש בתהליך הטיפול החום לאחר מכן. בטיפול החום שלאחר מכן, מנגנון המשקעים של השלב משתנה ממנגנון הגרעין המושרה בתנאי קירור אוויר למצב גרעין עצמאי, ומתקבלות רצועות קטנות, כאוטיות, שזורות של ראשוניות ומשניות. ארגון זה יכול לשפר משמעותית את המאפיינים המקיפים של הסגסוגת.

3. פגמים מסוג חלל

במהלך הבדיקה הקולית של המפעל של אצווה של מוטות סגסוגת טיטניום TA7 70 מ"מ 70 מ"מ, נמצאו גלי פגמים מוגזמים. לאחר ניתוח מיקום הפגמים, נערכה בדיקה אופקית בעלת עוצמה נמוכה. לאחר קורוזיה, נמצאו מספר גדול של "בורות" בבדיקת ההספק הנמוך, שהתרכזו בעיקר באזור המרכזי של הבר, ולא נמצאו "בורות" מחוץ לרדיוס 1/4 של הבר. לאחר מכן, הבורות נצפו בעוצמה גבוהה ונמצאו כמומים חללים בין -גראליים. תמונות המיקרו -מבנה של הפגמים מוצגות באיור 4. מחקרים מסוימים מאמינים כי תופעת "בור" קשורה לקורוזיה, ותופעת "הבור" הופכת להיות ברורה יותר ככל שזמן הקורוזיה עולה; מחקרים מסוימים מאמינים כי "הבור" עשוי להיות קשור לתוכן הגבוה של אלמנט טומאה Fe. עם זאת, קשה להסביר את עמדות המבט לעיל את תופעת גלי הפגמים המופרזים בבדיקות קולי ותופעת הריק שנמצאה בניתוח בעל עוצמה גבוהה.

מספר גדול של פרקטיקות הנדסיות הוכיחו כי ביצועי תהליך הזיוף של TA7 גרועים מזה של סגסוגות טיטניום אחרות כמו TC4 ו- TC11. זה נוטה יותר לפיצוח בתהליך הזיוף מאשר סגסוגות טיטניום אחרות, ושיעור התפשטות הסדק מהיר יותר. חומרי מתכת כמו טיטניום וסגסוגות אלומיניום מועדים לגרום לרפיון, חללים ואפילו שברים בעת עוברים זנים גדולים (כמו יצירת סופרפלסטית). החללים בסגסוגת Ta7 טיטניום נוצרים על ידי זנים גדולים. תחת שיעורי מתח גבוהים, לחץ הזרימה של סגסוגת Ta7 טיטניום עולה משמעותית בהשוואה לתנאים סטטיים, אך הפלסטיות יורדת באופן משמעותי; ככל שקצב המתח עולה, מתח מתח הזרימה עולה, אך יש קצב מתח קריטי. כאשר חריגה מהערך הקריטי, החומר ישבר; כאשר קצב המתח מגיע לערך הקריטי, נוצרת פס גזירה אדיאבטית בחומר, ונוצרים בלהקה מיקרו-חלונות. בפעולה של לחץ חיצוני, החללים מתאספים בהדרגה וצומחים ואף יוצרים מיקרו-סדקים. מיקרובואידים נוצרים תמיד לאורך פס העיוות הגזירה המרבי. הסיבה לכך היא שבעיוות מקומי, רצועת הגזירה המרבית מתעוותת באלימות, וכתוצאה מכך טמפרטורה גבוהה, המרכך את החומר בלהקה והופכת למקום אידיאלי למומים כמו סדקים וחללים. במהלך תהליך הזיוף, העיוות של האזור המרכזי של מוט ה- TA7 הוא הגדול ביותר, דיפוזית חום העיוות היא האיטית ביותר, וטמפרטורת העיוות היא הגבוהה ביותר. לפיכך, סביר להניח כי חללים יופיעו במהלך עיוות גדול.

מחקרים הראו כי העיוות הפלסטי של חומרי מתכת מלווה בשינויים במורפולוגיה הארגונית, בעיקר צמיחת תבואה, התארכות תבואה שווה, סיבוב תבואה והחלקה, התפשטות ניתוק, התאוששות דינאמית והתגבשות מחדש, וגרעין void וגידול. החלקה על גבול התבואה היא המנגנון העיקרי של עיוות פלסטי. החלקה על גבול התבואה עלולה לגרום לריכוז לחץ מקומי ולהפריע להמשך התרחשותה של החלקה על גבול התבואה. כאשר לא ניתן לבטל את ריכוז הלחץ על ידי תנועת הניתוק, החלל יגרש ואז יגדל. הגרעין העדיף גרעינים בגבול התבואה המשולש. ככל שהעיוות גדל, החלל מתחיל לצמוח, והחלל אינו צומח במצב שווה, אלא גדל באופן אליפטי. חללים קלים להתפזר לגבולות התבואה החולקים לחץ מתיחה מקביל, ובכך יוצרים זרימת פנוי כיוונית בכיוון של לחץ מתיחה, אשר אוסף ברציפות לכיוון מרכז החלל, ומאפשר לחלל לצמוח במקביל לכיוון מתיחה. מספר גדול של ספרותיות מזכיר ש"התמודדות "וחללים נוטים להופיע במהלך תהליך הזיוף של סגסוגת זו. באמצעות ניתוח מנגנון ההיווצרות של "בור" ומומים בטל של סגסוגת Ta7 טיטניום, סיכמנו קבוצה של שיטות יעילות למניעת מומים בטל בסגסוגת Ta7 סגסוגת Ta7, אשר היא לשלוט בקפדנות על כמות העיוות של כל האש, על ידי נתיחה, כדי להימנע מפיצוץ, כדי להימנע מפיצוץ, על פי שיעור הידראולי, תוך כדי גודין, יש את ההתחלה, עם גודין, מביא לייצור.

4. מסקנה

נכון לעכשיו, ליקויי הזיוף הנפוצים בסגסוגות טיטניום כוללים בעיקר התחממות יתר ומבנה לא אחיד, חללים, סדקים וכו '. בדרך כלל קל למצוא פגמים אלה בבדיקת המיקרו -מבנה או בבדיקה קולית של מוצרי סגסוגת טיטניום. הם נגרמים בעיקר כתוצאה מבקרה לא תקינה של פרמטרי תהליכים במהלך תהליך הזיוף של מוצרי סגסוגת טיטניום. לפיכך, בתהליך הזיוף, יש צורך לבחור בקצב עיוות מתאים (ציוד זיוף), חימום טמפרטורת זיוף, כמות עיוות למעבר ומהירות קירור לאחר זיוף בהתאם למאפיינים השונים של חומרי סגסוגת טיטניום.