1. Коване на термичен ефект
След определена степен на високотемпературна сплав от титаниев сплав се изковава върху машина за бързо коване, той се нагрява и се превръща в φ 165 мм лента в + двуфазна област за многократно. След топлинната обработка, неговата макроструктура е наблюдавана като размита кристална структура и микроструктурата му е приравнена структура, която е идеална равнопоставена структура от + двуфазна титанова сплав. Снимката на микроструктурата е показана на фигура 1А. След като φ 165 mm бара беше трион и отрязан, той се нагрява при 5 0 градус под точката на фазово преобразуване и се превръща в φ 110 mm × 110 mm квадратна заготовка на хидравличен чук от 30 kN. Когато квадратната заготовка впоследствие беше разчленена и анализирана, беше установено, че сърцевината е бист кристал. Снимката на микроструктурата е показана на фигура 1б. Микроструктурата е въртене на Lath +, което е типична структура на Widmanstatten с ясни граници на зърното. принадлежи към прегрятата структура в сплав от титан. Полуизчисленият кристал е на 20 до 30 мм от повърхността. Снимката на микроструктурата е показана на фигура 1в. Микроструктурата е Lath + Equiaxed + въртене. Броят на равнопоставените е рядък, броят на летвите е голям и има прекъснато разпределени граници на зърното; Обхватът от 0 до 20 mm от повърхността е размит кристал.
Партида от φ80mm TC4 титаниеви легирани ленти има типична приравнена микроструктура (виж Фигура 2А), а основното приравнено съдържание е повече от 70%. След коване на коване на отоплителен чук на 940 градуса (точка на трансформация на сплав 995 градуса), микроструктурата на сърцевината на коване на матрицата е показана на фигура 2В, а основното приравнено съдържание е само около 15%, което се причинява от прегряване на температурата на коване.
Титанови сплави, деформирани над фазовата преходна точка ( + / температура на трансформация), за да се получат конструкции на кошницата или структурите на Widmanstatten с лоша пластичност и свойства на умора. Следователно, повечето технически стандарти на продукта от титанов сплав изискват микроструктурите на почти почти тип и + - продукти от титаниев сплав с двойна фаза обикновено са приравнени структури или структури с двойно състояние с добра цялостна работа. Следователно, почти типа и + - продукти с двойна фаза титаниево сплав обикновено се нагряват и се подправят при 30-60 градус под фазовата преходна точка. Голям брой проучвания и инженерни практики показват, че с повишаването на коване на температурата на нагряване, съдържанието на първично равновесие в микроструктурата на двуфазните титанови сплави е значително намалено, докато съдържанието на летви е значително увеличено. That is to say, when the duplex titanium alloy is heated below the phase transformation point, as the heating temperature increases, the primary equiaxed phase in the structure gradually transforms to the phase, resulting in a decrease in the primary equiaxed content, a smaller morphology, and an increase in the lath content in the microstructure of the titanium alloy after heating and forging. Когато температурата на отопление и коване надвишава точката на фазово трансформация на титановата сплав, първичната равнопоставена фаза в структурата на дуплексната титаниева сплав изчезва напълно и се превръща в структура, подобна на летва, структура на кошницата или структурата на Widmanstatten.
Топлинната проводимост на титан е 0. 036CAL/cm · s · степен (1cal/cm · s · степен =418. 68W/cm · k), което е 1/15 от алуминий и 1/5 желязо при стайна температура. По време на процеса на коване на титановата сплав върху чука, поради високата мигновена скорост на деформация (7 ~ 9m/s върху чука) и висока честота на удари, вътрешният поток на сплавта е твърде голям и голямо количество механична енергия се консумира и се превръща във вътрешен огън за кратко време. Тъй като деформацията на ядрото на заготовката е по -голяма от тази на околността и условията на разсейване на топлината са лоши, температурата вътре в заготовката се повишава и температурата на централната зона с максимална степен на деформация на деформация или дори надвишава основната фазова точка на прехода на фазата, което води до рязко намаляване или дори пълно изчезване на първичния еквиален микроструктура в центъра. Когато прегряването е сериозно, организацията се трансформира в много лошо представяне на организацията Widmanstatten. След като горните две типични титанови сплави с двойна фаза се изковават от чук, основното приравнено съдържание в техните микроструктури рязко намалява и съдържанието на летвата се увеличава съответно. Микроструктурата се трансформира от идеална равнопоставена структура в лоша структура на widmanstatten. Основната причина е, че титановата сплав е прегрята по време на моменталния и тежък процес на деформация.
По време на коване на деформация на титановата сплав, центърът обикновено е зоната на насилие, така че центърът е зоната с най -високо повишаване на температурата. Повишаването на температурата в центъра се използва като основна основа за формулиране на процеса на коване. Когато коване на титанова сплав с ковашки чук с по -бърза скорост на коване, трябва да се вземе предвид централният топлинен ефект по време на процеса на коване и празният не може да бъде удрян непрекъснато. Препоръчва се да се използва преса или машина за бързо коване за коване на титанова сплав, ако условията позволяват. Този тип оборудване за коване има ниска поразителна скорост, а моменталната скорост на деформация на празното по време на коване е ниска. Генерираната деформационна топлина не е много очевидна. В същото време има достатъчно време, за да се дифундира топлината на деформацията, което няма да доведе до значително повишаване на моменталната температура на сърцевината.
2. Неравномерна организация
When observing the microstructure of a batch of TC17 titanium alloy die forgings, it was found that there were certain large blocky phases (commonly known as coarse blocks) in the basket structure, see Figure 3. The TC17 titanium alloy die forgings were produced using a sub- forging process (heating die forging at 40 degree above the phase transition point, air cooling after forging), and the microstructure was expected to be Еднообразна конструкция на кошницата.
Този вид груб блок също се нарича Big White Block. В сравнение с фината нормална лента в конструкцията на кошницата, тя е груба и неравномерна форма. Той расте от границата на зърното до зърното, рядко преплитаща се и неговият кристален интерфейс е сравнително груб и неравен, докато кристалният интерфейс на нормалната лента е сравнително гладък. Проучванията показват, че микроартотата на този груб блок е с около 10% по -ниска от тази на нормалната лента, което причинява намаляване на пластичността на сплавта и термичната стабилност, влияещо върху качеството на изворите, така че е необходимо да се предотврати този вид неравномерна структура в титановата сплав. По време на процеса на топене и втвърдяване на сплав от титан, поради коефициента на равновесно разпределение на различни сплав ≠ 1, има обогатяване и сегрегация на стабилизиращи елементи при границите на зърното след разтваряне, така че фазовото утаяване първо при обогатяване и расте по границата на зърното до зърното, като по този начин образува кокосен блок. Сегрегацията на микрорегионните компоненти е основната причина за генерирането на тази неравномерна структура.
Micro-region component crystallization segregation is caused by the equilibrium distribution coefficient k0>1 или 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.
Бързото охлаждане (охлаждане на водата или охлаждане на маслото) след подправяне може значително да намали или инхибира появата на груби блокове. Ускоряването на скоростта на охлаждане и увеличаването на степента на свръх охлаждане може да увеличи степента на ядре на фазата. Въпреки че в местната зона има сегрегация на легирани елементи, която има условия за растеж на груби блокове, фазата не е имала време за растеж и сливане, а процесът на фазова трансформация на цялата организация е приключил. Контролът на скоростта на охлаждане може значително да промени морфологията и разпределението на утаената фаза. Водно охлаждане или охлаждане на маслото след коване фиксира всички или част от дефектите на кристалите (дислокации, подгрижени) и деформирани организации с повишена плътност на дислокацията, генерирана чрез коване на стайна температура, добавяйки голям брой кристални ядра за прекристализация в последващия процес на обработка на топлината. При последващата топлинна обработка се получава механизмът за утаяване на фазата от индуцирания механизъм за ядрено при въздушно охлаждане до независим режим на ядрени нуклеи и малки, хаотични, преплетени ивици от първични и вторични. Тази организация може значително да подобри цялостните свойства на сплавта.
3. Дефекти от тип кухина
По време на фабричната ултразвукова проверка на партида φ 70 mm TA7 титанови сплави, бяха открити прекомерни дефектни вълни. След разчленяване на местоположението на дефекта се провежда хоризонтална проверка с ниска мощност. След корозия, голям брой "ями" бяха открити при проверката с ниска мощност, концентрирана главно в централната зона на бара, и извън радиуса на бара 1/4 не бяха открити "ями". Впоследствие ямите се наблюдават при висока мощност и се установяват, че са междугрануларни дефекти на празнотата. Снимките на микроструктурата на дефектите са показани на фигура 4. Някои проучвания смятат, че явлението "яма" е свързано с корозия, а явлението "яма" става по -очевидно с увеличаването на времето на корозия; Някои проучвания смятат, че "PIT" може да е свързан с високото съдържание на елемент на примеси. Горните гледни точки обаче са трудни за обяснение на феномена на прекомерните дефекти на вълни при ултразвуково тестване и празното явление, открит при анализ на високи сили.
Голям брой инженерни практики са доказали, че ефективността на процеса на коване на TA7 е по -лоша от тази на други титанови сплави като TC4 и TC11. По -склонно е да се напука по време на процеса на коване, отколкото други титанови сплави, а скоростта на разпространение на пукнатини е по -бърза. Метални материали като титан и алуминиеви сплави са склонни да предизвикват свобода, празнини и дори фрактури, когато се подлагат на големи щамове (като суперпластично формиране). Празните в Ta7 титанов сплав се индуцират от големи щамове. При високи скорости на деформация стресът на потока на Ta7 титаниев сплав се увеличава значително в сравнение със статичните условия, но пластичността намалява значително; С увеличаването на скоростта на деформация напрежението на потока се увеличава, но има критична скорост на деформация. Когато критичната стойност е надвишена, материалът ще се счупи; Когато скоростта на деформация достигне критичната стойност, в материала се генерира адиабатна срязваща лента и в лентата се образуват микро-везни. При действието на външния стрес празнините постепенно се събират и растат и дори образуват микро-креки. Микровоидите винаги се образуват по протежение на максималната лента за деформация на срязване. Това е така, защото при локализирана деформация максималната лента на срязване се деформира насилствено, което води до висока температура, която омекотява материала в лентата и се превръща в идеално място за дефекти като пукнатини и празнини. По време на процеса на коване деформацията на централната зона на TA7 бара е най -голямата, деформационната топлинна дифузия е най -бавната, а температурата на деформация е най -висока. Следователно, празнините най -вероятно се появяват по време на голяма деформация.
Проучванията показват, че пластмасовата деформация на металните материали е придружена от промени в организационната морфология, главно растеж на зърното, удължаване на равномерното зърно, въртене на зърното и плъзгане, разпространение на дислокация, динамично възстановяване и рекристализация и празнота ядрени и растеж. Плъзгането на границите на зърното е основният механизъм на пластмасовата деформация. Плъзгането на границите на зърното може да причини местна концентрация на напрежение и да попречи на по -нататъшното появяване на плъзгането на границата на зърното. Когато концентрацията на напрежение не може да бъде елиминирана чрез движение на дислокация, празнотата ще се нуклеира и след това ще расте. Празнотата за предпочитане ядрените на триъгълната граница на зърното. С увеличаването на деформацията празнотата започва да расте и празнотата не расте в равнопоставено състояние, а расте по елиптичен начин. Празните са лесни за разпространение до границите на зърното, които споделят паралелно напрежение на опън, като по този начин образуват насочен поток от свободни работни места в посока на напрежение на опън, който непрекъснато се събира към центъра на празнотата, което позволява празнотата да расте успоредно на посоката на опън. Голяма част от литературите споменават, че „питинг“ и празнини са склонни да се появяват по време на процеса на коване на тази сплав. 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 forging, което е постигнало добри резултати в производството.
4. Заключение
Понастоящем често срещаните дефекти на коване в титанови сплави включват главно прегряване и неравномерна структура, празнини, пукнатини и др. Тези дефекти обикновено се намират лесни за проверка на микроструктурата или ултразвуково изследване на продуктите от титаниева сплав. Те са причинени главно от неправилен контрол на параметрите на процеса по време на процеса на коване на продуктите на титаниевата сплав. Следователно, в процеса на коване е необходимо да се избере подходяща скорост на деформация (оборудване за коване), температура на коване на отопление, количеството на деформация на проход и скорост на охлаждане след коване в съответствие с различните характеристики на материалите с титаниева сплав.
