การปลอมแปลงข้อบกพร่องของโลหะผสมไทเทเนียมและการป้องกันทั่วไป

1. การปลอมเอฟเฟกต์ความร้อน

หลังจากการปลอมแปลงแท่งโลหะผสมอุณหภูมิสูงของโลหะผสมอุณหภูมิสูงถูกปลอมแปลงบนเครื่องปลอมอย่างรวดเร็วมันก็ถูกทำให้ร้อนและถูกปลอมแปลงเป็นแถบ 165 มม. ในภูมิภาค + สองเฟสเป็นเวลาหลายครั้ง หลังการรักษาด้วยความร้อนโครงสร้างขนาดใหญ่ของมันถูกพบว่าเป็นโครงสร้างผลึกฟัซซี่และโครงสร้างจุลภาคของมันเป็นโครงสร้างที่มีความเท่าเทียมกันซึ่งเป็นโครงสร้างที่ดีที่สุดของอัลลอยไทเทเนียม + สองเฟส ภาพถ่ายโครงสร้างจุลภาคแสดงในรูปที่ 1A หลังจากมีการเลื่อยและตัดแถบφ 165 มม. มันก็ถูกทำให้ร้อนที่ 5 0 องศาใต้จุดแปลงเฟสและปลอมแปลงเป็นφ 110 มม. × 110 มม. สี่เหลี่ยมจตุรัสบนค้อนไฮดรอลิก 30 kN เมื่อซิลเล็ตสแควร์ถูกผ่าและวิเคราะห์ในภายหลังพบว่าแกนกลางเป็นคริสตัลที่ชัดเจน ภาพถ่ายโครงสร้างจุลภาคแสดงในรูปที่ 1B โครงสร้างจุลภาคคือ Lath + การหมุนซึ่งเป็นโครงสร้าง widmanstatten ทั่วไปที่มีขอบเขตของเมล็ดพืชใส เป็นของโครงสร้างที่ร้อนจัดในโลหะผสมไทเทเนียม คริสตัลกึ่งใสอยู่ห่างจากพื้นผิว 20 ถึง 30 มม. ภาพถ่ายโครงสร้างจุลภาคแสดงในรูปที่ 1C โครงสร้างจุลภาคคือ Lath + Equiaxed + การหมุน จำนวนของ equiaxed นั้นหายากจำนวนไม้ระแนงมีขนาดใหญ่และมีขอบเขตข้าวที่กระจายอย่างไม่ต่อเนื่อง ช่วง 0 ถึง 20 มม. จากพื้นผิวคือคริสตัลฟัซซี่

ชุดของแท่งโลหะผสมไทเทเนียม TC4 TC4 TC4 80 มม. มีโครงสร้างจุลภาคแบบ equiaxed ทั่วไป (ดูรูปที่ 2A) และเนื้อหาหลักที่มี equiaxed มากกว่า 70% หลังจากตายด้วยค้อนเครื่องทำความร้อนที่ 940 องศา (จุดแปลงโลหะผสม 995 องศา) โครงสร้างจุลภาคของแกนกลางของการตีตายจะแสดงในรูปที่ 2B และปริมาณหลักที่มีค่าอยู่ประมาณ 15%ซึ่งเกิดจากความร้อนสูงเกินไปของอุณหภูมิการตี

อัลลอยไทเทเนียมที่ผิดรูปเหนือจุดเปลี่ยนเฟส ( + / อุณหภูมิการแปลง) เพื่อให้ได้โครงสร้างการใช้ตะกร้าหรือโครงสร้าง Widmanstatten ที่มีความเป็นพลาสติกไม่ดีและคุณสมบัติความเหนื่อยล้า ดังนั้นมาตรฐานทางเทคนิคของผลิตภัณฑ์อัลลอยไทเทเนียมส่วนใหญ่จึงจำเป็นต้องมีโครงสร้างจุลภาคของเกือบ -Type และ + - ประเภทผลิตภัณฑ์อัลลอยไทเทเนียมคู่แบบสองเฟสเป็นโครงสร้างที่เท่าเทียมกันหรือโครงสร้างคู่ที่มีประสิทธิภาพที่ครอบคลุมดี ดังนั้นเกือบ -type และ + - ประเภทผลิตภัณฑ์อัลลอยไทเทเนียมคู่แบบสองเฟสจะถูกทำให้ร้อนและปลอมแปลงที่ 30-60 ระดับต่ำกว่าจุดเปลี่ยนเฟส การศึกษาจำนวนมากและการปฏิบัติทางวิศวกรรมแสดงให้เห็นว่าด้วยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิความร้อนการปลอมเนื้อหาของ equiaxed หลักในโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมไทเทเนียมสองเฟสจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่เนื้อหาของไม้ระแนงเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ กล่าวคือเมื่อโลหะผสมไทเทเนียมดูเพล็กซ์ถูกทำให้ร้อนต่ำกว่าจุดเปลี่ยนเฟสเมื่ออุณหภูมิความร้อนเพิ่มขึ้นเฟสหลักที่อยู่ในโครงสร้างจะค่อยๆเปลี่ยนเป็นเฟสส่งผลให้ปริมาณการใช้งานหลักลดลง เมื่ออุณหภูมิความร้อนและการปลอมเกินจุดเปลี่ยนเฟสของอัลลอยไทเทเนียมเฟสหลักในโครงสร้างอัลลอยไทเทเนียมเพล็กซ์จะหายไปอย่างสมบูรณ์และกลายเป็นโครงสร้างตะกร้าไม้ตะปูหรือโครงสร้าง Widmanstatten

ค่าการนำความร้อนของไทเทเนียมคือ 0. 036Cal/cm · S ·องศา (1CAL/cm · S ·องศา =418. 68W/cm · K) ซึ่งเป็น 1/15 ของอุณหภูมิห้องเหล็ก 1/5 ในระหว่างกระบวนการปลอมของโลหะผสมไทเทเนียมบนค้อนเนื่องจากอัตราการเปลี่ยนรูปแบบทันทีสูง (7 ~ 9m/s บนค้อน) และความถี่สูงของการโดดเด่นความเครียดการไหลภายในของโลหะผสมมีขนาดใหญ่เกินไป เนื่องจากการเสียรูปของแกนกลางของบิลเล็ตมีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่โดยรอบและสภาพการกระจายความร้อนไม่ดีอุณหภูมิภายในบิลเล็ตจะเพิ่มขึ้นและอุณหภูมิของพื้นที่ศูนย์กลางที่มีระดับการเสียรูปสูงสุดเข้าใกล้หรือแม้กระทั่งจุดเปลี่ยนเฟสโลหะผสม เมื่อความร้อนสูงเกินไปอย่างจริงจังองค์กรจะกลายเป็นองค์กร Widmanstatten ที่มีประสิทธิภาพต่ำมาก หลังจากอัลลอยไทเทเนียมสองเฟสสองเฟสข้างต้นถูกปลอมแปลงโดย Hammer เนื้อหาหลักที่อยู่ในโครงสร้างจุลภาคของพวกเขาจะลดลงอย่างรวดเร็วและเนื้อหา Lath จะเพิ่มขึ้นตามลำดับ โครงสร้างจุลภาคถูกเปลี่ยนจากโครงสร้างที่ดีที่สุดไปเป็นโครงสร้าง Widmanstatten ที่ไม่ดี เหตุผลหลักคืออัลลอยไทเทเนียมนั้นร้อนเกินไปในระหว่างกระบวนการเสียรูปแบบทันทีและรุนแรง

ในระหว่างการปลอมแปลงการเสียรูปของโลหะผสมไทเทเนียมศูนย์กลางโดยทั่วไปจะเป็นเขตการเสียรูปที่รุนแรงดังนั้นศูนย์กลางจึงเป็นพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูงที่สุด การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในศูนย์เป็นพื้นฐานหลักสำหรับการกำหนดกระบวนการปลอม เมื่อตีอัลลอยไทเทเนียมด้วยค้อนปลอมด้วยความเร็วในการปลอมที่เร็วขึ้นเอฟเฟกต์ความร้อนส่วนกลางในระหว่างกระบวนการปลอมจะต้องได้รับการพิจารณาและช่องว่างไม่สามารถตีได้อย่างต่อเนื่อง ขอแนะนำให้ใช้เครื่องกดหรือเครื่องตีอย่างรวดเร็วสำหรับการปลอมแปลงโลหะผสมไทเทเนียมหากเงื่อนไขอนุญาต อุปกรณ์การปลอมประเภทนี้มีความเร็วที่โดดเด่นต่ำและอัตราความเครียดทันทีของช่องว่างระหว่างการปลอมแปลงต่ำ ความร้อนการเสียรูปที่เกิดขึ้นไม่ชัดเจนมาก ในเวลาเดียวกันมีเวลาเพียงพอที่ความร้อนการเสียรูปจะกระจายซึ่งจะไม่ทำให้อุณหภูมิแกนกลางเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

2. องค์กรที่ไม่สม่ำเสมอ

เมื่อสังเกตโครงสร้างจุลภาคของชุดอัลลอยไทเทเนียม TC17 TC17 พบว่ามีบางเฟสบล็อกขนาดใหญ่ (ที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นบล็อกหยาบ) ในโครงสร้างตะกร้าดูรูปที่ 3. การให้อภัยของ TC17 TITANIUM เป็นโครงสร้างตะกร้าเครื่องแบบ

บล็อกหยาบชนิดนี้เรียกว่า Big White Block เมื่อเทียบกับแถบปกติที่ดีในโครงสร้างตะกร้ามันมีรูปร่างหยาบและไม่สม่ำเสมอ มันเติบโตจากเขตแดนของเมล็ดไปจนถึงเมล็ดพืชไม่ค่อยมีการเชื่อมโยงกันและอินเทอร์เฟซคริสตัลค่อนข้างหยาบและไม่สม่ำเสมอในขณะที่อินเทอร์เฟซคริสตัลของแถบปกติค่อนข้างราบรื่น การศึกษาแสดงให้เห็นว่าความรุนแรงของบล็อกหยาบนี้ต่ำกว่าแถบปกติประมาณ 10% ซึ่งทำให้เกิดพลาสติกอัลลอยด์และเสถียรภาพทางความร้อนเพื่อลดลงส่งผลกระทบต่อคุณภาพของการตีกำหนดดังนั้นจึงจำเป็นต้องป้องกันโครงสร้างที่ไม่สม่ำเสมอในโลหะผสมไทเทเนียม ในระหว่างกระบวนการหลอมละลายและการทำให้เป็นโซนของโลหะผสมไทเทเนียมเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การกระจายดุลยภาพขององค์ประกอบโลหะผสมต่าง ๆ ≠ 1 มีการเพิ่มขึ้นและการแยกองค์ประกอบที่มีเสถียรภาพที่ขอบเขตของเม็ดหลังการละลาย การแยกส่วนประกอบระดับอนุภาคขนาดเล็กเป็นเหตุผลพื้นฐานสำหรับการสร้างโครงสร้างที่ไม่สม่ำเสมอนี้

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

การระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว (การระบายความร้อนด้วยน้ำหรือการระบายความร้อนด้วยน้ำมัน) หลังจากการตีย่อยสามารถลดหรือยับยั้งการปรากฏตัวของบล็อกหยาบได้อย่างมีนัยสำคัญ การเร่งอัตราการระบายความร้อนและการเพิ่มระดับของ supercooling สามารถเพิ่มอัตราการเกิดนิวเคลียสของเฟส แม้ว่าจะมีการแยกองค์ประกอบโลหะผสมในพื้นที่ท้องถิ่นซึ่งมีเงื่อนไขสำหรับการเติบโตของบล็อกหยาบ แต่เฟสก็ไม่มีเวลาที่จะเติบโตและผสานและกระบวนการเปลี่ยนแปลงเฟสขององค์กรทั้งหมดได้สิ้นสุดลง การควบคุมอัตราการระบายความร้อนสามารถเปลี่ยนสัณฐานวิทยาและการกระจายของเฟสตกตะกอนได้อย่างมีนัยสำคัญ การระบายความร้อนด้วยน้ำหรือการระบายความร้อนด้วยน้ำมันหลังจากการปลอมแปลงการแก้ไขทั้งหมดหรือบางส่วนของข้อบกพร่องของผลึก (การเคลื่อนที่, subgrains) และองค์กรที่มีรูปร่างผิดปกติที่มีความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อนเพิ่มขึ้นที่เกิดขึ้นจากการปลอมอุณหภูมิห้องเพิ่มนิวเคลียสคริสตัลจำนวนมาก ในการรักษาความร้อนที่ตามมากลไกการตกตะกอนของเฟสเปลี่ยนไปจากกลไกนิวเคลียสที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะการระบายความร้อนของอากาศไปสู่โหมดนิวเคลียสอิสระและได้รับแถบเล็ก ๆ ที่วุ่นวาย องค์กรนี้สามารถปรับปรุงคุณสมบัติที่ครอบคลุมของโลหะผสมได้อย่างมีนัยสำคัญ

3. ข้อบกพร่องประเภทโพรง

ในระหว่างการตรวจสอบอัลตราโซนิกจากโรงงานของชุดอัลลอยไทเทเนียม 70 มม. TA7 TA7 พบคลื่นข้อบกพร่องที่มากเกินไป หลังจากตัดตำแหน่งข้อบกพร่องแล้วจะทำการตรวจสอบแนวนอนต่ำ หลังจากการกัดกร่อนพบว่ามี "หลุม" จำนวนมากในการตรวจสอบพลังงานต่ำซึ่งส่วนใหญ่จะเข้มข้นในพื้นที่กลางของบาร์และไม่พบ "หลุม" นอกรัศมี 1/4 ของบาร์ ต่อจากนั้นหลุมถูกสังเกตด้วยพลังงานสูงและพบว่าเป็นข้อบกพร่องของโมฆะ ภาพถ่ายโครงสร้างจุลภาคของข้อบกพร่องแสดงในรูปที่ 4 การศึกษาบางชิ้นเชื่อว่าปรากฏการณ์ "หลุม" เกี่ยวข้องกับการกัดกร่อนและปรากฏการณ์ "หลุม" จะชัดเจนขึ้นเมื่อเวลาการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น; การศึกษาบางอย่างเชื่อว่า "หลุม" อาจเกี่ยวข้องกับเนื้อหาที่สูงขององค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ Fe อย่างไรก็ตามมุมมองข้างต้นนั้นยากที่จะอธิบายปรากฏการณ์ของคลื่นข้อบกพร่องที่มากเกินไปในการทดสอบอัลตราโซนิกและปรากฏการณ์โมฆะที่พบในการวิเคราะห์พลังงานสูง

แนวทางปฏิบัติทางวิศวกรรมจำนวนมากได้พิสูจน์แล้วว่าประสิทธิภาพของกระบวนการปลอมของ TA7 นั้นแย่กว่าโลหะผสมไทเทเนียมอื่น ๆ เช่น TC4 และ TC11 มันมีแนวโน้มที่จะแตกในระหว่างกระบวนการปลอมกว่าโลหะผสมไทเทเนียมอื่น ๆ และอัตราการแพร่กระจายของรอยแตกเร็วขึ้น วัสดุโลหะเช่นไทเทเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียมมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการหลวมช่องว่างและแม้กระทั่งการแตกหักเมื่ออยู่ระหว่างสายพันธุ์ขนาดใหญ่ (เช่นการขึ้นรูป superplastic) ช่องว่างในโลหะผสมไทเทเนียม TA7 นั้นเกิดจากสายพันธุ์ขนาดใหญ่ ภายใต้อัตราความเครียดสูงความเครียดจากการไหลของโลหะผสมไทเทเนียม TA7 เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับสภาวะคงที่ แต่ความเป็นพลาสติกลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เมื่ออัตราความเครียดเพิ่มขึ้นความเครียดจากความเครียดในการไหลจะเพิ่มขึ้น แต่มีอัตราความเครียดที่สำคัญ เมื่อเกินค่าวิกฤตวัสดุจะแตกหัก; เมื่ออัตราความเครียดถึงค่าวิกฤตแถบแรงเฉือนอะเดียแบติกจะถูกสร้างขึ้นในวัสดุและไมโคร-วอยด์จะเกิดขึ้นในวงดนตรี ภายใต้การกระทำของความเครียดภายนอกช่องว่างจะค่อยๆรวบรวมและเติบโตและแม้กระทั่งสร้างรอยแตกขนาดเล็ก microvoids จะเกิดขึ้นตามแถบการเสียรูปแรงเฉือนสูงสุดเสมอ นี่เป็นเพราะในการเปลี่ยนรูปแบบท้องถิ่นแถบแรงเฉือนสูงสุดเปลี่ยนรูปอย่างรุนแรงส่งผลให้อุณหภูมิสูงซึ่งทำให้วัสดุในแถบนุ่มขึ้นและกลายเป็นสถานที่ที่เหมาะสำหรับข้อบกพร่องเช่นรอยแตกและช่องว่าง ในระหว่างกระบวนการปลอมการเสียรูปของพื้นที่ส่วนกลางของแท่ง TA7 นั้นใหญ่ที่สุดการแพร่กระจายความร้อนการเสียรูปนั้นช้าที่สุดและอุณหภูมิการเสียรูปสูงที่สุด ดังนั้นช่องว่างจึงมีแนวโน้มที่จะปรากฏในระหว่างการเสียรูปขนาดใหญ่

การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าการเสียรูปพลาสติกของวัสดุโลหะนั้นมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในสัณฐานวิทยาขององค์กรส่วนใหญ่การเจริญเติบโตของธัญพืชการยืดตัวของเมล็ดข้าวที่มีการหมุนเวียนการหมุนของเมล็ดข้าวและการเลื่อนการแพร่กระจายของการคลาดเคลื่อนการฟื้นตัวแบบไดนามิก การเลื่อนขอบเขตของเมล็ดข้าวเป็นกลไกหลักของการเสียรูปพลาสติก การเลื่อนขอบเขตของเมล็ดสามารถทำให้เกิดความเข้มข้นของความเครียดในท้องถิ่นและขัดขวางการเกิดการเลื่อนขอบเขตของเมล็ดข้าวเพิ่มเติม เมื่อความเข้มข้นของความเครียดไม่สามารถกำจัดได้โดยการเคลื่อนไหวของความคลาดเคลื่อนโมฆะจะนิวเคลียสแล้วเติบโต โมฆะเป็นนิวเคลียสที่เฉพาะเจาะจงที่ขอบเขตของเม็ดสามเหลี่ยม เมื่อการเสียรูปเพิ่มขึ้นโมฆะก็เริ่มเติบโตและช่องว่างไม่ได้เติบโตในสถานะที่มีความเท่าเทียมกัน แต่เติบโตในลักษณะรูปไข่ ช่องว่างเป็นเรื่องง่ายที่จะกระจายไปยังขอบเขตของเม็ดที่แบ่งปันความเครียดแรงดึงแบบขนานซึ่งทำให้เกิดการไหลเวียนของตำแหน่งว่างในทิศทางของความเครียดแรงดึงซึ่งรวบรวมไปยังศูนย์กลางของช่องว่างอย่างต่อเนื่องทำให้โมฆะเติบโตขนานไปกับทิศทางแรงดึง วรรณกรรมจำนวนมากกล่าวว่า "หลุม" และช่องว่างมีแนวโน้มที่จะปรากฏในระหว่างกระบวนการปลอมของโลหะผสมนี้ ผ่านการวิเคราะห์กลไกการก่อตัวของ "หลุม" และข้อบกพร่องที่เป็นโมฆะของโลหะผสมไทเทเนียม TA7 เราได้สรุปชุดของวิธีการที่มีประสิทธิภาพเพื่อป้องกันไม่ให้ข้อบกพร่องของโมฆะใน TA7 TITANIUM Alloy Foldings ซึ่งควบคุมการเสียชีวิตของแต่ละไฟ ซึ่งได้ผลลัพธ์ที่ดีในการผลิต

4. บทสรุป

ในปัจจุบันข้อบกพร่องของการปลอมแปลงทั่วไปในโลหะผสมไทเทเนียมส่วนใหญ่รวมถึงโครงสร้างความร้อนสูงเกินไปและไม่สม่ำเสมอช่องว่างรอยร้าว ฯลฯ ข้อบกพร่องเหล่านี้มักจะหาได้ง่ายในการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคหรือการทดสอบอัลตราโซนิกของผลิตภัณฑ์อัลลอยไทเทเนียม พวกเขาส่วนใหญ่เกิดจากการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการที่ไม่เหมาะสมในระหว่างกระบวนการปลอมของผลิตภัณฑ์โลหะผสมไทเทเนียม ดังนั้นในกระบวนการปลอมจึงจำเป็นต้องเลือกอัตราการเสียรูปที่เหมาะสม (อุปกรณ์ปลอม), อุณหภูมิการตีด้วยความร้อน, ปริมาณการเสียรูปต่อการผ่านและความเร็วในการระบายความร้อนหลังจากการตีขึ้นตามลักษณะที่แตกต่างกันของวัสดุโลหะผสมไทเทเนียม