1. smedning af termisk effekt
Efter en bestemt karakter af høj-temperaturen titaniumlegering blev indtrængt på en hurtig smedemaskine, blev den opvarmet og smedet i en φ 165 mm bar i + to-fase-regionen flere gange. Efter varmebehandling blev dens makrostruktur observeret at være en fuzzy krystalstruktur, og dens mikrostruktur var en equiaxed struktur, som er en ideel equiaxed struktur af + to-fase titaniumlegering. Mikrostrukturfotoet er vist i figur 1A. Efter at φ 165 mm stangen var savet og skåret, blev den opvarmet til 5 0 grad under fasetransformationspunktet og smedet til en 110 mm × 110 mm firkantet på en 30 kN hydraulisk hammer. Da den firkantede billet derefter blev dissekeret og analyseret, blev det fundet, at kernen var klar krystal. Mikrostrukturfotoet er vist i figur 1B. Mikrostrukturen er lath + rotation, som er en typisk Widmanstatten -struktur med klare korngrænser. Tilhører den overophedede struktur i titanlegering. Den halvklare krystal ligger 20 til 30 mm væk fra overfladen. Mikrostrukturfotoet er vist i figur 1C. Mikrostrukturen er lath + equiaxed + rotation. Antallet af Equiaxed er sjældent, antallet af lader er stort, og der er diskontinuerligt fordelt korngrænser; Området fra 0 til 20 mm fra overfladen er fuzzy krystal.
En batch af φ80mm TC4 -titanlegeringsstænger har en typisk equiaxed mikrostruktur (se figur 2A), og det primære Equiaxed -indhold er mere end 70%. Efter at have smedning på en opvarmningshammer ved 940 grader (legeringspunkt 995 grad), er mikrostrukturen af kernen i matriceringen vist i figur 2B, og det primære ligestillingsindhold er kun ca. 15%, hvilket er forårsaget af overophedning af smedningstemperaturen.
Titaniumlegeringer deformeret over faseovergangspunktet ( + / transformationstemperatur) for at opnå kurvweave -strukturer eller Widmanstatten -strukturer med dårlig plasticitet og træthedsegenskaber. Derfor kræver de fleste titaniumlegeringsprodukttekniske standarder, at mikrostrukturerne af næsten-typen og + - type dobbeltfase titanlegeringsprodukter generelt er ligestillede strukturer eller dobbeltstatsstrukturer med god omfattende ydeevne. Derfor opvarmes næsten -type og + - dobbeltfase -titanlegeringsprodukter generelt og smedes ved 30-60 grad under faseovergangspunktet. Et stort antal undersøgelser og ingeniørpraksis har vist, at med stigningen i smedning af opvarmningstemperatur reduceres indholdet af primært ækvivalent i mikrostrukturen af dobbeltfaset titanlegeringer markant, mens indholdet af drejer øges markant. Det vil sige, når duplex -titanlegeringen opvarmes under fasetransformationspunktet, når opvarmningstemperaturen øges, transformeres den primære ligestillingsfase i strukturen gradvist til fasen, hvilket resulterer i et fald i det primære ækv. Når opvarmnings- og smedningstemperaturen overstiger fasetransformationspunktet for titanlegeringen, forsvinder den primære ækviefase i duplex-titanlegeringsstrukturen fuldstændigt og bliver en lath-lignende kurvweave-struktur eller Widmanstatten-struktur.
Titaniums termiske ledningsevne er 0. 036cal/cm · S · grad (1 cal/cm · s · grad =418. 68W/cm · K), som er 1/15 af aluminium og 1/5 jern ved stuetemperatur. Under smedningsprocessen med titanlegering på hammeren på grund af den høje øjeblikkelige deformationshastighed (7 ~ 9m/s på hammeren) og høj frekvens af slående, er den indre strømningsspænding for legeringen for stor, og en stor mængde mekanisk energi forbruges og omdannes til intern varme på kort tid. Da deformationen af kernen i billeten er større end det i det omkringliggende område, og varmeafledningsbetingelserne er dårlige, stiger temperaturen inde i billeten og temperaturen i midtområdet med den maksimale deformationsgrad tilgange eller endda overstiger den endelige billet -fase -fase, hvilket resulterer i et kraftigt fald eller endda fuldstændig forsvinden af den primære ligevægts mikrstructure i midten af den endelige billet. Når overophedning er alvorlig, omdannes organisationen til en meget dårlig præstation Widmanstatten -organisation. Efter de ovennævnte to typiske dobbeltfase-titanlegeringer er smedet af hammer, falder det primære ækvivalente indhold i deres mikrostrukturer kraftigt, og lath-indholdet øges i overensstemmelse hermed. Mikrostrukturen transformeres fra en ideel equiaxed struktur til en dårlig Widmanstatten -struktur. Hovedårsagen er, at titanlegeringen overophedes under den øjeblikkelige og alvorlige deformationsproces.
Under smedning af deformation af titanlegering er centret generelt den voldelige deformationszone, så centret er det område med den højeste temperaturstigning. Temperaturstigningen i midten bruges som hovedgrundlag for formulering af smedningsprocessen. Når smedning af titanlegering med en smedhammer med en hurtigere smedningshastighed, skal den centrale varmeeffekt under smedningsprocessen overvejes, og det tomme kan ikke rammer kontinuerligt. Det anbefales at bruge en presse eller en hurtig smedemaskine til titanlegering, hvis forholdene tillader det. Denne type smedningsudstyr har en lav slående hastighed, og den øjeblikkelige belastningshastighed for det tomme under smedning er lav. Den genererede deformationsvarme er ikke meget åbenlyst. På samme tid er der nok tid til, at deformationsvarmen kan diffundere, hvilket ikke vil forårsage en signifikant stigning i den øjeblikkelige kernetemperatur.
2. ujævn organisation
Når man observerede mikrostrukturen af en batch af TC17 Titanium Alloy Die Forgings, blev det konstateret, at der var visse store blokerede faser (almindeligt kendt som grove blokke) i kurvstrukturen, se figur 3. En ensartet kurvstruktur.
Denne form for grov blok kaldes også Big White Block. Sammenlignet med den fine normale strimmel i kurvstrukturen er den grov og ujævn i form. Det vokser fra korngrænsen til kornet, sjældent sammenflettende, og dets krystalgrænseflade er relativt ru og ujævn, mens krystalgrænsefladen på den normale strimmel er relativt glat. Undersøgelser har vist, at mikrohardheden af denne grove blok er ca. 10% lavere end for den normale strimmel, hvilket får legeringsplasticiteten og den termiske stabilitet til at falde, hvilket påvirker kvaliteten af forgings, så det er nødvendigt at forhindre denne form for ujævn struktur i titanlegering. Under smeltnings- og størkningsprocessen for titaniumlegering på grund af ligevægtsfordelingskoefficienten for forskellige legeringselementer ≠ 1 er der berigelse og adskillelse af stabilisering af elementer ved korngrænsen efter solidifikation, så fasefasen udfældes først ved dens berigelse og vokser langs korngrænsen til kornet, hvilket således danner en grovblok. Mikromregionskomponentsegregering er den grundlæggende årsag til genereringen af denne ujævne struktur.
Micro-region component crystallization segregation is caused by the equilibrium distribution coefficient k0>1 eller 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.
Hurtig køling (vandkøling eller oliekøling) efter submedning kan reducere eller hæmme udseendet af grove blokke. Accelerering af kølehastigheden og forøgelse af graden af superkøling kan øge nukleationshastigheden for fasen. Selvom der er segregering af legeringselement i det lokale område, der har betingelserne for væksten af grove blokke, har fasen ikke haft tid til at vokse og fusionere, og fasetransformationsprocessen for hele organisationen er afsluttet. Kontrol af kølehastigheden kan ændre morfologien og fordelingen af den udfældede fase markant. Vandkøling eller oliekøling efter forfalskning fikserer hele eller en del af krystaldefekterne (dislokationer, undergrader) og deformerede organisationer med øget dislokationstæthed genereret ved smedning til stuetemperatur, hvilket tilføjer et stort antal krystalkerner til omkrystallisation i den efterfølgende varmebehandlingsproces. I den efterfølgende varmebehandling ændres fasens nedbørsmekanisme fra den inducerede nucleationsmekanisme under luftkølingsbetingelser til en uafhængig nucleation -tilstand, og små, kaotiske, sammenvævede strimler af primær og sekundær opnås. Denne organisation kan forbedre legeringens omfattende egenskaber markant.
3. Defekter af hulrumstype
Under fabrikken ultralydsinspektion af en batch af 70 mm TA7 titanlegeringsstænger blev der fundet overdreven defektbølger. Efter dissekering af defektplaceringen blev der udført en vandret inspektion med lav effekt. Efter korrosion blev der fundet et stort antal "grober" ved inspektionen med lav effekt, hovedsageligt koncentreret i stangens midterste område, og der blev ikke fundet nogen "grober" uden for 1/4 radius i baren. Derefter blev groberne observeret ved høj effekt og viste sig at være intergranulære tomrumsdefekter. Mikrostrukturfotos af defekterne er vist i figur 4. Nogle undersøgelser mener, at "pit" -fænomenet er relateret til korrosion, og "pit" -fænomenet bliver mere åbenlyst, når korrosionstiden øges; Nogle undersøgelser mener, at "pit" kan være relateret til det høje indhold af urenhedselement Fe. Ovenstående synspunkter er imidlertid vanskelige at forklare fænomenet med overdreven defektbølger i ultralydstest og det tomrumsfænomen, der findes i højeffektanalyse.
Et stort antal tekniske praksis har vist, at smedningsprocessen for TA7 er værre end for andre titanlegeringer, såsom TC4 og TC11. Det er mere tilbøjeligt til at revne under smedningsprocessen end andre titanlegeringer, og spredningshastigheden er hurtigere. Metalmaterialer såsom titanium og aluminiumslegeringer er tilbøjelige til at inducere løshed, hulrum og endda brud, når de gennemgår store stammer (såsom superplastisk form). Voids i TA7 titaniumlegering induceres af store stammer. Under høje belastningshastigheder øges strømningsspændingen for TA7 -titanlegering markant sammenlignet med statiske tilstande, men plasticiteten falder markant; Efterhånden som belastningshastigheden øges, øges strømningsspændingsstammen, men der er en kritisk belastningshastighed. Når den kritiske værdi overskrides, vil materialet brud; Når belastningshastigheden når den kritiske værdi, genereres et adiabatisk forskydningsbånd i materialet, og mikro-hulrum dannes i båndet. Under virkningen af ekstern stress samles og vokser hulrummet gradvist og vokser og danner endda mikro-cracks. Mikrovoider dannes altid langs det maksimale forskydningsdeformationsbånd. Dette skyldes, at de maksimale forskydningsbånd deformeres voldsomt, hvilket resulterer i en høj temperatur, som blødgør materialet i båndet og bliver et ideelt sted for defekter som revner og hulrum i en høj temperatur, som blødgør materialet i båndet og bliver et ideelt sted for defekter som revner og hulrum. Under smedningsprocessen er deformationen af det centrale område af TA7 -stangen den største, deformationsvarme diffusion er den langsomste, og deformationstemperaturen er den højeste. Derfor vises tomrum sandsynligvis under stor deformation.
Undersøgelser har vist, at den plastiske deformation af metalmaterialer ledsages af ændringer i organisatorisk morfologi, hovedsageligt kornvækst, ligestilling af kornforlængelse, kornrotation og glidning, dislokationsproliferation, dynamisk bedring og omkrystallisation og ugyldig nukleation og vækst. Korngrænse glidning er den vigtigste mekanisme for plastisk deformation. Korngrænse glidning kan forårsage lokal stresskoncentration og hindre den yderligere forekomst af korngrænse glidning. Når stresskoncentrationen ikke kan fjernes ved dislokationsbevægelse, vil tomrummet nucleat og derefter vokse. Det tomrum nukleates fortrinsvis ved den trekantede korngrænse. Efterhånden som deformationen øges, begynder tomrummet at vokse, og tomrummet vokser ikke i en equiaxed tilstand, men vokser på en elliptisk måde. Voids er lette at diffundere til korngrænserne, der deler parallel trækspænding, hvilket danner en retningsbestemt ledig strøm i retning af trækspænding, som kontinuerligt samler sig mod midten af tomrummet, hvilket giver tomrummet mulighed for at vokse parallelt med trækretningen. Et stort antal litteraturer nævner, at "pitting" og hulrum er tilbøjelige til at vises under smedningsprocessen for denne legering. Through the analysis of the formation mechanism of "pitting" and void defects of TA7 titanium alloy, we have summarized a set of effective methods to prevent void defects in TA7 titanium alloy forgings, which is to strictly control the deformation amount of each fire to Less than or equal to 50%, strictly control the deformation rate, and preferably use hydraulic or hydraulic press forging, and try to avoid hammer smedning, der har opnået gode resultater i produktionen.
4. konklusion
På nuværende tidspunkt inkluderer de almindelige smedningsdefekter i titanlegeringer hovedsageligt overophedning og ujævn struktur, hulrum, revner osv. Disse defekter er generelt lette at finde i mikrostrukturinspektionen eller ultralydstest af titanlegeringsprodukter. De er hovedsageligt forårsaget af forkert kontrol af procesparametre under smedningsprocessen for titaniumlegeringsprodukter. Derfor er det i smedningsprocessen nødvendig at vælge passende deformationshastighed (smedningsudstyr), opvarmning af smedningstemperatur, deformationsmængde pr. Pass og kølehastighed efter smedning i henhold til de forskellige egenskaber ved titanlegeringsmaterialer.
