Milline on plakeeritud valtsimisprotsessi mõju Gr5 titaanisulamist lehtedele?

 

Tüüpilise + dupleksse titaani sulaminaGr5 titaanisulam (Ti-6Al-4V)kasu kattest ja valtsimisest tehnoloogia. See tehnoloogia kasutab metallist kattekihti, et parandada veeremisjõu ühtlust, lahendades tõhusalt servade pragunemise probleemi titaanisulami suure redutseerimise ajal. See on teostatav viis erineva paksusega lehtede-efektiivseks ettevalmistamiseks. 0,5 mm üliõhukest{5}}lehte kasutatakse sageli täppiskomponentides ja meditsiinilistes implantaatides, samas kui 3,0 mm keskmise-paksust lehte kasutatakse enamasti konstruktsiooni-kandvates osades. Katte- ja valtsimisprotsessi käigus uuritakse selles uuringus 0,5 mm ja 3,0 mm Gr5 titaanisulamist lehtede mikrostruktuuri evolutsiooniseadust ja mehaaniliste omaduste erinevusi, paljastades paksuse parameetrite ja protsessi jõudluse vahelise seose.

 

 

Tooraine ja proovide ettevalmistamine

Katse jaoks valiti tööstusliku -klassi Gr5 titaanisulamist valuplokid. Nende peamised keemilised koostised (massiosa) on: Al 5,8%, V 4,2%, Fe 0,15%, O 0,12% ja jääk on Ti, mis vastab ASTM B348 standardi nõuetele. Pärast 4-tunnist homogeniseerimise lõõmutamist 1050 kraadi juures (piirkond) sepistati valuplokk 15 mm{12}}paksuseks kuumvaltsitud toorikuks. Kattematerjalina kasutati Q235 terasplaati (paksus 2 mm). Titaanisulamist tooriku ja katteterasplaadi kokkupanemiseks ja keevitamiseks kasutati argooni kaarkeevitust suletud lamineeritud valtsimispakendiks, tagades, et titaanisulam ei puutu valtsimisprotsessi ajal otse õhuga kokku, et vältida oksüdatsiooniga saastumist.

Erinevad valtsimisprotsessid kahe sihtpaksuse jaoks:

 

• 3,0 mm leht: plakeeritud valtsimispaketti kuumutati ja isoleeriti 930 kraadi juures (keskmise temperatuuriga osa + duplekspiirkonnast) 2 tundi, kuum-valtsiti ühe kuumusega 3,5 mm paksuseks, seejärel viidi läbi 1 tund 800-kraadise rekristallisatsiooni lõõmutamist, et eemaldada valtsimispinge ja viimistleda külmvaltskihi paksus 3 mm ja lõpuks valmis {{8 mm. 2 käiku külmvaltsimise vähendamise kiirusega umbes 14%.
• 0,5 mm leht: kasutades vahetoorikuna 3,0 mm lehte, rakendati pärast pindpuhastamist toatemperatuuril külmvaltsimise protsess, et saavutada soovitud paksus 20 järkjärgulise valtsimise käigus, mille koguvähenemismäär oli 83%. Valtsimise ajal pragude vältimiseks viidi läbi iga 5 käigu järel 650 kraadi juures 30 minutit kestev madalatemperatuuriline lõõmutamine-.

 

Lõpliku külma tööpinge kõrvaldamiseks ja konstruktsiooni stabiilsuse tagamiseks viidi lõpuks mõlema paksusega lehtede alla vaakumlõõmutamine 650 kraadi juures 1 tund.

 

Katsemeetodid

Testimisseadmed: OM&TEM

 

Mikrostruktuuri iseloomustamine viidi läbi optilise mikroskoobi OLYMPUS GX71 (OM) ja FEI Tecnai G2 F20 transmissioonielektronmikroskoobi (TEM) abil. Pärast lihvimist ja poleerimist söövitati proove Krolli reagendiga (HF:HNO₃:H2O=1:3:10) 5-8 sekundiks metallograafilise struktuuri kuvamiseks. TEM-proovid valmistati kahe pihustuselektrolüütilise poleerimisega metanool:lämmastikhape=3:1 töövedelikuga temperatuuril -20 kraadi.

Mehaaniliste omaduste testid viidi läbi vastavalt ASTM E8/E8M standarditele Instron 5969 universaalse testimismasinaga toatemperatuuril tõmbetugevuskatseteks tõmbekiirusel 2 mm/min. Iga paksuse kohta võeti kolm paralleelset proovi ja lõpptulemusena kasutati keskmist väärtust. Mikrokõvadust testiti ZWICK/Roell ZHV30 Vickersi kõvaduse testriga, mille koormus oli 100g ja säilivusaeg 15s. Iga proovi kohta testiti kümmet punkti ning keskmine väärtus võeti pärast maksimum- ja miinimumväärtuste eemaldamist.

 

 

Makrostruktuur ja tera suurus

Mõlema paksusega titaanisulamist lehtedel on + dupleksstruktuur, kuid paksusest (erinevused töötlemistehnoloogias) on olulisi erinevusi tera suuruses, faaside jaotuses ja moodustumise mehhanismis.

 

mikrograafilised kujutised umbes 0,5 mm ja 3,0 mm titaanlehest

 

Parameeter	3,0 mm keskmine-paks leht	0,5 mm ultra-õhuke leht
Tera suurus	8–12 μm (jäme võrdne)	2–5 μm (üli-peen)
Faasi jaotus	Katkestatud (Strips/saared)	Pidev (võrk + hajutatud sademed)
Põhimehhanism	Keskmise-temperatuuriga kuumvaltsimine + mõõdukas külmvaltsimine	Suure reduktsiooniga külmvaltsimine + madalal-temperatuuril lõõmutamine

 

 

Mehaaniliste omaduste võrdlus

Lehe paksus (mm)	Tõmbetugevus Rm (MPa)	Saagistugevus Rp0,2 (MPa)	Pikendus pärast murdumist A (%)	Mikrokaredus HV
3.0	898	840	17.7	260
0.5	1035	980	16.5	320
Toimivuse paranemise määr (%)	15.2	16.7	-1.2	23.1

 

 

Plakeeritud valtsimisprotsess võimaldab tõhusalt valmistada{0}}kõrge jõudlusega Gr5 titaanisulamist lehti. Erineva paksusega lehtede mikrostruktuuris ja mehaanilistes omadustes on olulisi erinevusi: 3,0 mm keskmise -paksusega lehel on võrdse teljega +ribastruktuur, mille tera suurus on 8-12 μm, toatemperatuuril on tõmbetugevus 898 MPa ja pikenemine pärast purunemist on 17%; 0,5 mm üli-õhuke leht moodustab ülipeene +võrkstruktuuri, mille tera suurus on 2–5 μm, tõmbetugevust suurendatakse 1035 MPa-ni ja purunemisjärgne pikenemine jääb 16,5%, saavutades hea kombinatsiooni suurest tugevusest ja suurest plastilisusest.

 

Paksus{0}}domineerivad valtsimisdeformatsioonid ja protsessi parameetrid on mikrostruktuuri juhtimise tuum: suure redutseerimise külmvaltsimise ja segmenteeritud lõõmutamise kombineeritud protsess on võti 0,5 mm lehe tera ultra-viimistlemiseks, samal ajal kui keskmise-temperatuuri kuumvaltsimine ja väikese redutseerimisega külmvaltsimine määravad lehe iseloomuliku graanulina3 equiaxmm. kattekiht mängib rolli deformatsiooni ühtluse parandamisel ja defektide tekke pärssimisel mõlema paksusega lehtede valmistamisel.

 

3,0 mm paksune, hea plastilisuse ja mõõduka tugevusega leht sobib kandvateks komponentideks, nagu kosmosetööstuse konstruktsiooniosad ja laevaehituslikud torujuhtmed. 0,5 mm üli-õhukest lehte, millel on suurepärane eritugevus ja mõõtmete täpsus, saab kasutada tipptasemel-valdkondades, nagu meditsiinilised implantaadid (nt kunstliigeste puksid) ja õhusõidukite mootori-labade kerged osad.