導入
チタン合金は、軽量、高比強度、良好な耐熱性、優れた耐食性という利点を有し、国防、軍事産業、国民経済で広く使用されています。微細構造の形態はチタン合金の性能に影響を与える決定的な要素であり、主に化学組成、鍛造プロセス、熱処理方法に依存します。化学組成が固定されている場合、チタン合金鍛造品の品質は主に鍛造プロセスによって決まります。つまり、鍛造プロセス中に形成された貧弱な微細構造は、その後の熱処理プロセスによって改善するのが困難です。同時に、チタン合金は鍛造プロセスのパラメータに非常に敏感です。鍛造温度はチタン合金の固体相変態挙動に影響を与え、変形の程度と変形速度も相と相の割合、形態、サイズ、分布に影響を与えます。
TC4 (Ti-6Al-4V) は、1954 年に米国によって初めて開発された等軸マルテンサイト二相チタン合金です。優れた総合性能と加工性能を有し、主に航空エンジンのファン、コンプレッサーディスク、ブレードなどの耐荷重部品の製造に使用されています。現在では世界中で広く使用されているチタン合金となっています。その微細構造は二峰性構造、等軸構造、ラメラ構造、バスケット構造の4種類に分類できます。異なる微細構造タイプは、異なる機械的特性に対応します。したがって、TC4 チタン合金の微細構造と特性に対するさまざまな鍛造プロセスの影響を研究することは、工学的に重要な意味を持ちます。
1. 実験材料と実験方法
鍛造温度と変形度を鍛造プロセスの可変パラメータとして選択した。 TC4チタン合金の(+)/相変態温度(985~990度)に基づいて、4つの鍛造温度を決定した。工程1～4は+鍛造、工程5は近｛{10}｝鍛造、工程6は鍛造でした。鍛造温度950度を基準に3種類の変形度を選択し、従来＋鍛造における最適な変形量を探りました。
TC4 チタン合金棒の単体ブランク サイズは 150 mm でした。-加熱後、棒材を鍛造し、半径方向に沿って平坦化した。 -鍛造後の焼鈍熱処理プロセスは、内部応力を除去し、塑性と微細構造の安定性を向上させることを目的として、(720±10)度×1h+ACでした。
光学顕微鏡を用いて微細構造を観察・解析した。金属組織学的サンプルは、ワイヤー切断によって切断され、埋め込まれ、研削され、研磨されてサンプルが得られました。エッチャントは３％硝酸アルコール溶液であった。 GB/T228.1-2010 および GB/T30758-2014 の要件に従って、試験片を設計および処理しました。引張特性、弾性率およびポアソン比は、それぞれ引張試験機 EBS-3000 および弾性率試験機 IET-01 を使用して試験されました。テスト結果は 3 回の測定の平均でした。引張破断形態は走査型電子顕微鏡を用いて観察・解析した。ブリネル硬度は、GB/T231.1-2009 に従って試験されました。試験装置はHBS-3000デジタル硬度計でした。試験力は６１２．５Ｎ、圧力保持時間は１５秒であった。試験結果は、各サンプルの同じ位置の 3 つの測定点の平均です。
3 結論
この論文では、TC4 チタン合金の微細構造、引張特性、引張破壊形態および微小硬度に対するさまざまな鍛造プロセスの影響を分析し、次の結論が導き出されています。
(1)鍛造温度が920度および950度の場合、4種類の等軸組織が得られた。鍛造温度が985度の場合、二峰性構造が得られました。鍛造温度が1020度の場合、層状構造が得られた。一次粒子のサイズと体積分率、および二次粒子の形態は、鍛造温度と変形度によって大きく異なります。
(2) 等軸組織は強度が若干低いが、塑性変形能力は優れている。ラメラ構造は最も高い強度を持っていますが、「脆さ」のため、その塑性変形能力は劣っています。二峰構造は高強度と塑性のバランスが取れており、その総合的な性能は等軸構造より優れており、等軸主成分の含有量が高すぎると TC4 の機械的特性が阻害されることが示されました。
(3) 6 つの微細構造の引張破面は放射状ゾーンをほとんど示さず、良好な可塑性と靭性を示し、これは高い面積減少と伸びと一致していました。等軸構造は延性破壊機構を示しましたが、二峰性構造と層状構造は準-へき開破壊機構を示しました。
(4) 鍛造温度と変形度の増加に伴って硬度は増加した。同じ変形度の下で、鍛造温度が950度から1020度に増加すると、硬度は8.5％増加しました。同じ鍛造温度の下で、変形度が10.7%から69.6%に増加すると、硬度は4.8%増加しました。