TC4 titāna sakausējuma noturības īpašību un kušanas procesa analīze

Titāna sakausējumi tiek plaši izmantoti kosmosa, medicīnas ierīču un ķīmiskajā rūpniecībā, jo tie ir lieliski visaptveroši. Viņu vidūTC4 titāna sakausējums(Ti-6Al-4V) ir kļuvis par svarīgu materiālu šajās jomās, pateicoties tā labajai izturībai, izturībai pret koroziju un veiktspējai augstā temperatūrā. Šajā rakstā galvenā uzmanība pievērsta TC4 titāna sakausējuma noturīgajām īpašībām un tā kušanas procesam, kā arī analizēti galvenie faktori, kas ietekmē tā īpašības.
1. TC4 titāna sakausējuma sastāvs un mikrostruktūra
TC4 titāna sakausējums pieder pie + tipa sakausējuma, kas galvenokārt sastāv no titāna (Ti), alumīnija (Al) un vanādija (V), no kuriem alumīnija saturs ir 6%, bet vanādija saturs ir 4%. Istabas temperatūrā sakausējumam galvenokārt ir -fāzes un -fāzes līdzāspastāvēšanas organizācijas morfoloģija, savukārt dažādas termiskās apstrādes un apstrādes tehnoloģijas novedīs pie tā mikrostruktūras izmaiņām, tādējādi ietekmējot tā mehāniskās īpašības.
Mikrostruktūrai ir izšķiroša nozīme TC4 sakausējumu noturīgajās īpašībās. Pētījumi ir parādījuši, ka sakausējuma izturību un elastību var efektīvi uzlabot, optimizējot liešanas vai kaltās formas organizāciju, padarot -fāzi un - vienmērīgi sadalītu un kontrolējot to izmērus. Īpaši tad, ja -fāzei ir vienmērīga un smalka morfoloģija, TC4 sakausējuma izturības veiktspēja sasniedz vislabāko stāvokli.
2. TC4 titāna sakausējuma izturības analīze
Izturības īpašība ir svarīgs rādītājs, lai izmērītu materiāla stiprību augstā temperatūrā un ilgstošas ​​​​stresas apstākļos, kas ir īpaši svarīgi augstas temperatūras un augsta spiediena apstākļos, piemēram, aviācijā. Eksperimentālie dati liecina, ka 400 grādu leņķī TC4 sakausējuma izturība var sasniegt 550 MPa, parādot izcilu šļūdes pretestību; kad temperatūra paaugstinās līdz 500 grādiem, tā izturības stiprums samazinās līdz 400 MPa, kam joprojām ir laba augstas -temperatūras stabilitāte. Tomēr pie 650 grādiem izturības spēks strauji samazinās līdz 250 MPa, norādot, ka TC4 sakausējumam nav būtiskas priekšrocības izturības veiktspējā virs 600 grādiem. Tāpēc sakausējums ir vislabāk piemērots lietošanai 400 grādu un 400 grādu temperatūrā. Tāpēc sakausējums ir vislabāk piemērots izmantošanai 400 līdz 500 grādu darbības vidēs.
3. Kušanas procesa ietekme uz TC4 titāna sakausējuma veiktspēju
Kušanas procesam ir galvenā loma darbības veikšanāTC4 titāna sakausējums, un pašlaik galvenokārt tiek izmantota vakuuma pašpatēriņa kausēšana elektriskā loka krāsnī (VAR) un kausēšana ar elektronu staru kūli (EBM). Dažādi kušanas procesi ietekmēs sakausējuma tīrību, mikrostruktūru un ieslēgumu saturu, tādējādi ietekmējot tā izturību.
VAR kausēšana: tiek veikta vakuuma vidē, tā var efektīvi samazināt gāzu ieslēgumus un uzlabot sakausējuma tīrību. Šajā procesā ražotajam TC4 sakausējumam ir smalks un vienmērīgs graudu izmērs un laba izturība. Tomēr lēnais dzesēšanas ātrums var izraisīt graudu augšanu, kas savukārt ietekmē materiāla mehāniskās īpašības.
EBM kausēšana: elektronu staru kausēšanai ir lielāks enerģijas blīvums un ātrāks kušanas ātrums, kas var vēl vairāk samazināt gāzes un piemaisījumu saturu. TC4 sakausējuma graudi, kas iegūti ar EBM kausēšanu, ir smalkāki un ar labāku izturību, bet procesa iekārtu izmaksas ir augstākas un ražošanas process ir sarežģīts.
4. Skābekļa satura kontrole kausēšanas procesā
Skābekļa saturam ir būtiska ietekme uz TC4 titāna sakausējuma veiktspēju. Pētījumi liecina, ka par katru 0,1% skābekļa satura pieaugumu sakausējuma stiprību var palielināt par aptuveni 100 MPa, bet stingrība ievērojami samazinās. Tāpēc kausēšanas procesā ir stingri jākontrolē skābekļa saturs, lai nodrošinātu materiāla visaptverošu darbību. Parasti skābekļa saturs TC4 sakausējumos, kas izkausēts ar VAR, tiek kontrolēts zem 0,1%, savukārt EBM kausēšanai parasti ir zemāks skābekļa saturs lielāka vakuuma dēļ.
Lai vēl vairāk optimizētu sakausējuma īpašības, skābekļa saturu var samazināt, palielinot attīrīšanas gājienu skaitu vai pielāgojot kušanas atmosfēru, lai uzlabotu sakausējuma stingrību un izturību.
5. Sakausējuma tīrības un ieslēgumu ietekme uz īpašībām
TC4 titāna sakausējuma tīrība un ieslēgumu saturs ir svarīgi faktori, kas nosaka tā izturību. Ieslēgumi (piemēram, oksīdi un nitrīdi) mēdz izraisīt stresa koncentrāciju augstās temperatūrās, kā rezultātā samazinās materiāla izturība. Tāpēc, optimizējot kausēšanas un attīrīšanas procesu, samazinot ieslēgumu saturu un uzlabojot sakausējuma tīrību, var ievērojami uzlabot tā izturību.
6. Termiskās apstrādes procesa optimizācija uz izturību
Papildus kausēšanas procesam saprātīgs termiskās apstrādes process var arī optimizēt TC4 titāna sakausējuma izturību. Parastās termiskās apstrādes metodes ietver atkvēlināšanu, rūdīšanu un novecošanu. Pētījumi ir parādījuši, ka divkāršās atkausēšanas un novecošanas apstrādes izmantošana var veicināt -fāzes precizēšanu un vienmērīgu sadalījumu, lai palielinātu fāzes izturību.TC4 titāna sakausējumspie 400 grādiem var palielināt līdz vairāk nekā 600 MPa, kas uzlabo tā šļūdes pretestību un padara to piemērotu ilgstošai augstas temperatūras videi.