Ποια είναι η επίδραση της διαδικασίας έλασης με επένδυση στα φύλλα κραμάτων τιτανίου Gr5;

 

Ως τυπικό + διπλό κράμα τιτανίου,Κράμα τιτανίου Gr5 (Ti-6Al-4V)οφέλη από την επένδυση και την κύλιση τεχνολογία. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί ένα στρώμα μεταλλικής επένδυσης για να βελτιώσει την ομοιομορφία της δύναμης κύλισης, λύνοντας αποτελεσματικά το πρόβλημα ρωγμής των άκρων κατά την επεξεργασία μεγάλης μείωσης του κράματος τιτανίου. Παρέχει μια εφικτή διαδρομή για την προετοιμασία φύλλων με διαφορετικά πάχη υψηλών-επιδόσεων. Το εξαιρετικά λεπτό φύλλο 0,5 mm χρησιμοποιείται συχνά σε εξαρτήματα ακριβείας και ιατρικά εμφυτεύματα, ενώ το φύλλο μεσαίου πάχους 3,0 mm-χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον σε μέρη που φέρουν δομικό φορτίο-. Στο πλαίσιο της διαδικασίας επένδυσης και έλασης, αυτή η μελέτη διερευνά τον νόμο εξέλιξης της μικροδομής και τις διαφορές μηχανικών ιδιοτήτων των φύλλων κράματος τιτανίου 0,5 mm και 3,0 mm Gr5, αποκαλύπτοντας την εγγενή συσχέτιση μεταξύ των παραμέτρων πάχους και της απόδοσης της διαδικασίας.

 

 

1. Πρώτες ύλες και προετοιμασία δειγμάτων

Για το πείραμα επιλέχθηκαν πλινθώματα από κράμα τιτανίου βιομηχανικής-ποιότητας Gr5. Οι κύριες χημικές τους συνθέσεις (κλάσμα μάζας) είναι: Al 5,8%, V 4,2%, Fe 0,15%, O 0,12%, και το υπόλοιπο είναι Ti, που πληροί τις απαιτήσεις του προτύπου ASTM B348. Μετά την ανόπτηση ομογενοποίησης στους 1050 μοίρες (περιοχή) για 4 ώρες, η ράβδος σφυρηλατήθηκε σε τεμάχιο πάχους 15 mm-θερμής-τυλιγμένης σε έλαση. Ως υλικό επένδυσης χρησιμοποιήθηκε χαλύβδινη πλάκα Q235 (πάχος 2 mm). Η συγκόλληση με τόξο αργού χρησιμοποιήθηκε για τη συναρμολόγηση και τη συγκόλληση του ακατέργαστου κράματος τιτανίου και της πλάκας χάλυβα επένδυσης σε μια κλειστή πλαστικοποιημένη συσκευασία έλασης, διασφαλίζοντας ότι το κράμα τιτανίου δεν έρχεται απευθείας σε επαφή με τον αέρα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας έλασης για να αποφευχθεί η μόλυνση από οξείδωση.

Διαφοροποιημένες διαδικασίες έλασης για τα δύο πάχη στόχου:

 

• Φύλλο 3,0 mm: Η συσκευασία έλασης με επένδυση θερμάνθηκε και μονώθηκε στους 930 μοίρες (τμήμα μεσαίας θερμοκρασίας + περιοχή διπλής όψης) για 2 ώρες, κυλήθηκε ζεστό-στα 3,5 mm σε μία μόνο θερμότητα, στη συνέχεια υποβλήθηκε σε ανόπτηση ανακρυστάλλωσης στους 800 βαθμούς για 1 ώρα για να αφαιρεθεί το πάχος κύλισης8} και τελικά να τελειοποιηθεί η δομή κύλισης- 3,0 mm μέσω 2 διελεύσεων με ρυθμό μείωσης ψυχρής έλασης περίπου 14%.
• Φύλλο 0,5 mm: Χρησιμοποιώντας το φύλλο 3,0 mm ως ενδιάμεσο τεμάχιο, μετά την επιφανειακή αμμοβολή, υιοθετήθηκε η διαδικασία ψυχρής έλασης σε θερμοκρασία δωματίου για να επιτευχθεί το πάχος στόχος μέσω 20 περασμάτων προοδευτικής έλασης με συνολικό ποσοστό μείωσης 83%. Η ανόπτηση ανακούφισης από το στρες σε χαμηλή-θερμοκρασία στους 650 βαθμούς για 30 λεπτά εκτελούνταν κάθε 5 περάσματα για την αποφυγή ρωγμών κατά την κύλιση.

 

Και τα δύο πάχη των φύλλων υποβλήθηκαν τελικά σε ανόπτηση υπό κενό στους 650 βαθμούς για 1 ώρα για να εξαλειφθεί η τελική ψυχρή καταπόνηση εργασίας και να διασφαλιστεί η δομική σταθερότητα.

 

2.Μέθοδοι δοκιμής

Εξοπλισμός δοκιμής: OM&TEM

 

Ο χαρακτηρισμός της μικροδομής διεξήχθη χρησιμοποιώντας το οπτικό μικροσκόπιο OLYMPUS GX71 (OM) και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης FEI Tecnai G2 F20 (TEM). Μετά από άλεση και στίλβωση, τα δείγματα χαράχθηκαν με αντιδραστήριο Kroll (HF:HNO3:H2O=1:3:10) για 5-8 δευτερόλεπτα για να εμφανιστεί η μεταλλογραφική δομή. Τα δείγματα ΤΕΜ παρασκευάστηκαν με διπλό ψεκασμό ηλεκτρολυτικής στίλβωσης με ένα λειτουργικό ρευστό μεθανόλης:νιτρικού οξέος=3:1 στους -20 βαθμούς.

Οι δοκιμές μηχανικών ιδιοτήτων πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με τα πρότυπα ASTM E8/E8M σε μια γενική μηχανή δοκιμών Instron 5969 για δοκιμές εφελκυσμού σε θερμοκρασία δωματίου με ρυθμό εφελκυσμού 2 mm/min. Ελήφθησαν τρία παράλληλα δείγματα για κάθε πάχος και η μέση τιμή χρησιμοποιήθηκε ως τελικό αποτέλεσμα. Η μικροσκληρότητα δοκιμάστηκε χρησιμοποιώντας έναν ελεγκτή σκληρότητας ZWICK/Roell ZHV30 Vickers με φορτίο 100 g και χρόνο συγκράτησης 15 δευτερόλεπτα. Δοκιμάστηκαν δέκα σημεία για κάθε δείγμα και λήφθηκε η μέση τιμή αφού αφαιρέθηκαν οι μέγιστες και ελάχιστες τιμές.

 

 

1. Μακροδομή και μέγεθος κόκκου

Και τα δύο πάχη των φύλλων από κράμα τιτανίου έχουν δομή διπλής όψης +, αλλά υπάρχουν σημαντικές διαφορές στο μέγεθος των κόκκων, την κατανομή φάσης και τον μηχανισμό σχηματισμού λόγω πάχους (διαφορές στην τεχνολογία επεξεργασίας).

 

εικόνες μικρογράφου περίπου 0,5 mm & 3,0 mm φύλλο τιτανίου

 

Παράμετρος	Φύλλο 3,0 mm μεσαίου πάχους-	Υπερλεπτό φύλλο 0,5 mm
Μέγεθος κόκκου	8–12μm (Χονδρική Ισοαξονική)	2–5μm (Υπερ-Λίγο)
Κατανομή Φάσης	Ασυνεχές (Λωρίδες/Νησιά)	Συνεχής (Δίκτυο + Διασκορπισμένα ιζήματα)
Βασικός Μηχανισμός	Μέτριας-θερμοκρασίας έλασης θερμής + μέτριας ψυχρής έλασης	Μεγάλη μείωση ψυχρής έλασης + ανόπτηση χαμηλής-θερμοκρασίας

 

2.Σύγκριση Μηχανικών Ιδιοτήτων

Πάχος φύλλου (mm)	Αντοχή εφελκυσμού Rm (MPa)	Αντοχή απόδοσης Rp0,2 (MPa)	Επιμήκυνση μετά το κάταγμα Α (%)	Μικροσκληρότητα HV
3.0	898	840	17.7	260
0.5	1035	980	16.5	320
Ποσοστό βελτίωσης απόδοσης (%)	15.2	16.7	-1.2	23.1

 

 

Η διαδικασία έλασης επένδυσης μπορεί να προετοιμάσει αποτελεσματικά-φύλλα από κράμα τιτανίου Gr5 υψηλής απόδοσης. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές στη μικροδομή και στις μηχανικές ιδιότητες των φύλλων με διαφορετικά πάχη: το φύλλο μεσαίου πάχους 3,0 mm παρουσιάζει μια ισοαξονική δομή + λωρίδας με μέγεθος κόκκου 8-12μm, αντοχή εφελκυσμού σε θερμοκρασία δωματίου 898MPa και επιμήκυνση μετά από θραύση 1.7%· το εξαιρετικά λεπτό φύλλο 0,5mm σχηματίζει μια εξαιρετικά λεπτή δομή +δικτύου με μέγεθος κόκκου 2-5μm, η αντοχή σε εφελκυσμό αυξάνεται στα 1035MPa και η επιμήκυνση μετά τη θραύση διατηρείται στο 16,5%, επιτυγχάνοντας έναν καλό συνδυασμό υψηλής αντοχής και υψηλής πλαστικότητας.

 

Οι παράμετροι της παραμόρφωσης έλασης που κυριαρχούν στο πάχος-και η διαδικασία διεργασίας είναι ο πυρήνας του ελέγχου της μικροδομής: η συνδυασμένη διαδικασία ψυχρής έλασης μεγάλης μείωσης και τμηματικής ανόπτησης είναι το κλειδί για την επίτευξη υπερ-βελτίωσης κόκκων του φύλλου 0,5 mm, ενώ η μεσαία-θερμοκρασία θερμής έλασης και η μικρή μείωση της δομής σε ψυχρή έλαση Φύλλο 3,0 mm; το στρώμα επένδυσης παίζει ρόλο στη βελτίωση της ομοιομορφίας παραμόρφωσης και στην αναστολή της δημιουργίας ελαττωμάτων στην προετοιμασία και των δύο πάχους των φύλλων.

 

Το φύλλο μεσαίου πάχους 3,0 χιλιοστών-, με καλή πλαστικότητα και μέτρια αντοχή, είναι κατάλληλο για φέροντα εξαρτήματα- όπως δομικά μέρη αεροδιαστημικής και αγωγούς θαλάσσιας μηχανικής. το εξαιρετικά λεπτό φύλλο 0,5 mm, με την εξαιρετική ειδική αντοχή και ακρίβεια διαστάσεων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πεδία υψηλών-τερμάτων όπως ιατρικά εμφυτεύματα (π.χ. τεχνητοί δακτύλιοι αρθρώσεων) και ελαφριά εξαρτήματα αερο-λεπίδων κινητήρα.