Mechanické vlastnosti výkovků z titanové slitiny TC11

Mechanické vlastnosti výkovků z titanové slitiny TC11

Vliv mikrostruktury na mechanické vlastnosti výkovků z titanové slitiny TC11

Titanová slitina TC11 patří k tepelně pevné titanové slitině martenzitického plus typu a její jmenovité složení je Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si. Má vysokou pevnost, dobrý výkon při střední teplotě, dobrou odolnost proti korozi a únavě. Má výhody vysoké pevnosti a lze jej zpevnit tepelným zpracováním. Je hlavním materiálem pro výrobu leteckých motorů, disků a lopatek vysokotlakých kompresorů a používá se také k výrobě důležitých komponentů nesoucích tlak v letadlech. Vnitřní struktura slitiny určuje její konečný výkon a přiměřená kombinace struktury a morfologie může výrazně zlepšit mechanické vlastnosti materiálu. V tomto článku byly získány různé mikrostruktury vláken navržením různých procesů tepelného zpracování a tepelného zpracování a byl studován a analyzován vliv mikrostruktury na tahové vlastnosti výkovků TC11 při pokojové teplotě.

1. Zkušební materiály a metody

Materiál použitý v testu je tyč z titanové slitiny TC11 a bod transformace je 1005 stupňů -1010 stupňů. Suroviny použité v testu se připravují různými procesy tepelného zpracování nebo tepelného zpracování, aby se získaly různé mikrostruktury. Ukazuje, že korozivní činidlo použité v metalografické struktuře je 10 procent HF plus 30 procent HNO3 plus 70 procent H2O. A pomocí softwaru Image-ProPlus kvantitativně charakterizujte obsah primární fáze: poté otestujte tahové vlastnosti při pokojové teplotě. Test byl proveden na stroji pro zkoušení materiálů typu 1185.

2. Výsledky testu a diskuse

2.1 Vliv na mechanické vlastnosti TC11

Obrázek 1ukazuje žíhanou mikrostrukturu TC11 s různými rovnoosými obsahy. Obsah primární fáze byl kvantitativně charakterizován softwarem Image-ProPlus. Obsahy rovnoosé fáze byly 44 procent, 39 procent, 32 procent a 40 procent v sekvenci. Z obrázku 1 je vidět, že obsahy primárních fází H1, H2 a H3 vykazují klesající trend; obsah rovnoosé fáze H4 je zhruba stejný jako obsah H2, ale její velikost a distribuce jsou odlišné. Velikost zrna uvnitř vzorku H2 je stejnoměrná, zatímco vzorek H4 má zřejmou „strukturu dvojité sady“ a existují dvě úrovně velikosti rovnoosých zrn.

Obrázek 2ukazuje odpovídající vztah mezi skleníkovými tahovými vlastnostmi a obsahem rovnoosé fáze tří titanových výkovků TC11 H1, H2 a H3. Z obrázku 2 je vidět, že s nárůstem obsahu rovnoosé fáze klesá pevnost materiálu a mírně roste plasticita. Je to proto, že s nárůstem obsahu rovnoosé fáze v materiálu klesá obsah -transformantu, což má za následek snížení obsahu / fázového rozhraní, což oslabuje kolíkový efekt dislokací, snižuje pevnost materiálu, a zlepšuje plasticitu materiálu. ; Navíc se zvýšením obsahu rovnoosé fáze se zesiluje distribuční efekt legujících prvků uvnitř materiálu, což znamená, že v této době klesá obsah Al v plechu v -transformátoru, což má za následek snížení pevnosti -transformátor, což následně vede ke zvýšení celkové pevnosti. klesá, zatímco protože plasticita materiálu není ovlivněna poddajným chováním, závisí především na velikosti -clusterů. Proto je vliv distribuce legujících prvků na plasticitu velmi malý; konečně se zvýšením obsahu rovnoosé fáze se zvyšuje deformační kompatibilita materiálu, což má za následek mírné zvýšení plasticity. Kombinovaný účinek těchto tří má za následek snížení pevnosti materiálu a mírné zvýšení plasticity se zvýšením obsahu rovnoosé fáze.

stůl 1ukazuje srovnání tahových vlastností H2 a H4 při pokojové teplotě. Z tabulky 1 je vidět, že mez kluzu a prodloužení vzorku H4 jsou výrazně lepší než u H2 a pevnost v tahu a plošné smrštění jsou v zásadě stejné. Z mikrostrukturní analýzy lze vidět, že průměrná velikost zrna vzorku H4 je menší než u vzorku H2. Podle Hall-Petchova vzorce: lze vidět, že čím menší je průměrná velikost zrna, tím vyšší je mez kluzu materiálu. V tomto okamžiku se totiž zvyšuje počet hranic zrn, což má za následek zvýšení odporu dislokačního pohybu, což zvyšuje deformační odpor kovu; na druhé straně pokles průměrné velikosti zrna znamená, že se počet zrn zvyšuje, což má za následek plastickou deformaci materiálu Může být rozptýlen do více zrn, takže se zvyšuje deformační koordinace materiálu, což má za následek zvýšení prodloužení.

2.2 Vliv sekundární lamely na mechanické vlastnosti TC11

Na obrázku 3 jsou H5 a H6 mikrostruktury po ochlazení různými chladicími médii při stejné teplotě žíhání. Kvantitativní charakterizace obsahu primární fáze softwarem Image-ProPlus ukazuje, že obsah fáze je zhruba stejný, asi 30 procent, a velikost manažera je asi 14,8 um. Z obrázku 3 je vidět, že vzorky H5 a H6 mají zjevnou -fázovou morfologii v sekundárních lamelách. Fáze sekundárních lamel ve vzorku H5 je ve tvaru krátké tyčinky s menším poměrem stran; sekundární lamely ve vzorku H6 mají jemný jehličkovitý tvar a poměr stran je vyšší než u vzorku H5.

Tabulka 2 ukazuje srovnání tahových vlastností H6 a H5 při pokojové teplotě. Z tabulky 2 je vidět, že pevnost vzorku H6 je výrazně lepší než u vzorku H5, ale jeho prodloužení a plošné smrštění jsou mírně sníženy.

V případě určitého obsahu je odpovídajícím způsobem fixován i podíl -transformátoru. Geometricky řečeno, kulový povrch je nejmenší pro stejný objem. Protože -list uvnitř -transformátoru je více oddělen od rovnoosého tvaru, to znamená, že čím větší je poměr stran, tím vyšší je poměr plochy povrchu a tím větší je fázové rozhraní. Pinningový efekt fázového rozhraní na dislokace omezuje skluz dislokací uvnitř zrn, což má za následek zvýšení odporu dislokací při jejich pohybu, což zvyšuje deformační odpor kovu, čímž zvyšuje pevnost materiálu a snižuje jeho plasticity.

3. Závěr

(1) S nárůstem obsahu fáze klesá pevnost materiálu a mírně se zvyšuje plasticita; snížení průměrné velikosti zrna rovnoosé fáze je výhodné pro zlepšení silné plasticity materiálu.

(2) S rostoucím poměrem stran fáze sekundárních lamel roste pevnost materiálu a klesá plasticita.