Titāna sakausējumiir plašs pielietojumu klāsts kosmosa, medicīnas ierīču un ķīmiskajā rūpniecībā, jo īpaši TC4 titāna sakausējums, kura izcilā visaptverošā veiktspēja padara to par galveno materiālu šajās jomās. Šajā rakstā galvenokārt analizēta TC4 titāna sakausējuma noturīgā veiktspēja un tā kušanas process, kā arī apspriesti galvenie faktori, kas ietekmē tā veiktspēju.
1. TC4 titāna sakausējuma pamatsastāvs un mikrostruktūra
TC4 titāna sakausējums, kas pazīstams arī kā Ti-6Al-4V sakausējums, galvenokārt sastāv no titāna (Ti), alumīnija (Al) un vanādija (V), no kuriem alumīnija saturs ir 6%, bet vanādija saturs ir 4%. Sakausējums pieder + tipa titāna sakausējumam ar izcilām visaptverošām mehāniskām īpašībām. TC4 titāna sakausējums galvenokārt uzrāda -fāzes un -fāzes līdzāspastāvēšanu istabas temperatūrā, savukārt tā mikrostruktūra būtiski mainās dažādos termiskās apstrādes un apstrādes apstākļos.
Mikrostruktūra būtiski ietekmē TC4 sakausējumu noturības īpašības. - un -fāžu sadalījumu un morfoloģiju var pielāgot, kontrolējot organizāciju liešanas vai kaltas stāvoklī, kas var efektīvi uzlabot materiāla izturību un elastību. Pētījums parāda, ka tad, ja -fāze uzrāda vienmērīgu sadalījumu un izmērs ir mazs, sakausējuma izturīgā veiktspēja ir vislabākā.
2. TC4 izturības analīzetitāna sakausējums
Izturība ir rādītājs materiāla spējai ilgstoši saglabāt savu izturību augstās temperatūrās un spriedzes apstākļos, kas ir īpaši svarīgi izmantošanai augstas -temperatūras un augsta- spiediena vidēs, piemēram, aviācijā utt. TC4 titāna sakausējumi saglabā labu izturību temperatūrā līdz 500 grādiem. Sakausējumus raksturo arī to augstā izturība un elastība, kas ir galvenais sakausējuma attīstības faktors.
Saskaņā ar eksperimentālajiem datiem TC4 sakausējumam ir augsta šļūdes pretestība ar izturību līdz 550 MPa pie 400 grādiem. TC4 titāna sakausējumam ir arī augsta šļūdes pretestība 500 grādu leņķī. Pie 500 grādiem izturības spēks samazinās līdz 400 MPa, uzrādot labu stabilitāti augstās -temperatūras apstākļos. Pie 650 grādiem izturības stiprums strauji pazeminās līdz 250 MPa, kas norāda, ka TC4 sakausējumam vairs nav būtiskas priekšrocības augstas{14}}temperatūras izturības veiktspējā vidē, kas pārsniedz 600 grādus. TC4 titāna sakausējumam ir augsta šļūdes pretestība 550 MPa, ar augstu šļūdes pretestību. Tāpēc TC4 titāna sakausējums ir vairāk piemērots lietošanai darba vidē no 400 grādiem līdz 500 grādiem.
3. Kušanas procesa ietekme uz TC4 titāna sakausējuma veiktspēju
Kušanas process ir viens no galvenajiem faktoriem, lai noteiktu TC4 titāna sakausējuma īpašības. Izplatītas kausēšanas metodes ir vakuuma pašpatēriņa elektriskā loka kausēšana krāsnī (VAR) un kausēšana ar elektronu staru kūli (EBM). Dažādiem kausēšanas procesiem ir būtiska ietekme uz sakausējuma tīrību, mikrostruktūru un ieslēgumu saturu.
VAR kausēšana: šis process tiek veikts vakuuma apstākļos, kas var efektīvi samazināt gāzu ieslēgumus un iegūt augstas -tīrības titāna sakausējumus. VAR kausētajam TC4 sakausējumam ir smalka un vienmērīga graudu struktūra, un tā izturība ir labāka. Tā kā VAR kausēšanas laikā ir lēns dzesēšanas ātrums, graudu izmērs var būt liels, tādējādi ietekmējot sakausējuma mehāniskās īpašības.
EBM kausēšana: EBM kausēšanai ir lielāks enerģijas blīvums un ātrāks kušanas ātrums, kas var ievērojami samazināt gāzes un piemaisījumu saturu sakausējumā. EBM kausēšanas procesā ražotajam TC4 sakausējumam ir smalkāki graudi un labāka izturība, taču tā aprīkojuma izmaksas ir augstākas un ražošanas process ir salīdzinoši sarežģīts.
4. Skābekļa satura kontrole kausēšanas procesā
Skābekļa saturam ir tieša ietekme uz TC4 titāna sakausējuma veiktspēju. Pētījumi liecina, ka par katru 0,1% skābekļa satura pieaugumu sakausējuma stiprība var palielināties par aptuveni 100 MPa, bet stingrība ievērojami samazinās. Skābekļa satura kontrole kausēšanas procesā ir atslēga TC4 titāna sakausējuma visaptverošās veiktspējas uzlabošanai. VAR kausēšanā sakausējuma skābekļa saturs parasti tiek kontrolēts zem 0,1%, savukārt EBM kausēšanai parasti ir zemāks skābekļa saturs, jo ir lielāks vakuums.
Faktiskajā ražošanā, optimizējot kausēšanas procesu, piemēram, palielinot attīrīšanas reižu skaitu vai pielāgojot kušanas atmosfēru, skābekļa saturu var vēl vairāk samazināt, lai uzlabotu sakausējuma stingrību un izturību.
5. Sakausējuma tīrības un ieslēgumu ietekme uz veiktspēju
Sakausējuma tīrība un ieslēgumi ir svarīgi faktori, kas nosaka TC4 titāna sakausējuma izturību. Tādu ieslēgumu kā oksīdi un nitrīdi var izraisīt sakausējuma stresa koncentrāciju augstās temperatūrās, kas savukārt samazina tā izturību. Optimizējot kausēšanas un attīrīšanas procesu, var efektīvi samazināt ieslēgumu saturu un uzlabot sakausējuma tīrību, tādējādi būtiski uzlabojot TC4 titāna sakausējuma izturību.
6. Termiskās apstrādes procesa optimizācija attiecībā uz izturību
Papildus kausēšanas procesam termiskās apstrādes process ir arī galvenais solis, lai uzlabotu TC4 titāna sakausējuma izturību. Parastās termiskās apstrādes metodes ietver atkvēlināšanu, rūdīšanu un novecošanu. Ar saprātīgu termisko apstrādi var optimizēt sakausējuma mikrostruktūru, samazināt atlikušo spriegumu un uzlabot sakausējuma visaptverošo veiktspēju.
Pētījumi ir parādījuši, ka TC4 izturības spēkstitāna sakausējumsvar palielināt līdz vairāk nekā 600 MPa 400 grādu temperatūrā, izmantojot dubultās atkausēšanas un novecošanas apstrādes procesu. Šis termiskās apstrādes process uzlabo sakausējuma pretestību šļūdei, veicinot -fāzes sadalījuma precizēšanu un homogenizāciju, kas sakausējumu padara piemērotu ilgstošai lietošanai augstas temperatūras vidēs.
