1. Effetto termico forgiato
Dopo che un certo grado di lega di titanio ad alta temperatura è stato forgiato su una macchina per forgiatura rapida, è stato riscaldato e forgiato in una barra φ 165 mm nella regione bifase + per più volte. Dopo il trattamento termico, la sua macrostruttura è stata osservata come una struttura cristallina fuzzy e la sua microstruttura era una struttura equiaxe, che è una struttura equiax ideale di + in lega di titanio a due fasi. La foto della microstruttura è mostrata nella Figura 1A. Dopo che la barra φ 165 mm è stata segnata e tagliata, è stata riscaldata a 5 0 di grado al di sotto del punto di trasformazione della fase e forgiata in una billetta quadrata φ 110 mm × 110 mm su un martello idraulico da 30 kN. Quando la billetta quadrata è stata successivamente sezionata e analizzata, è stato scoperto che il nucleo era un cristallo chiaro. La foto della microstruttura è mostrata nella Figura 1B. La microstruttura è la rotazione del livello +, che è una tipica struttura widmanstatten con confini di grano chiaro. appartiene alla struttura surriscaldata in lega di titanio. Il cristallo semi-cleare è a 20 a 30 mm di distanza dalla superficie. La foto della microstruttura è mostrata nella Figura 1C. La microstruttura è il livello + equiax + rotazione. Il numero di equiaxed è raro, il numero di latine è grande e ci sono confini di grano distribuiti discontinua; L'intervallo da 0 a 20 mm dalla superficie è un cristallo sfocato.
Un lotto di barre in lega di titanio TC4 φ80mm ha una tipica microstruttura a equiax (vedere la Figura 2A) e il contenuto primario equaxed è superiore al 70%. Dopo aver forgiato su un martello da riscaldamento a 940 gradi (punto di trasformazione della lega 995 gradi), la microstruttura del nucleo della forgiatura della maca è mostrata nella Figura 2B e il contenuto equiaxe primario è solo circa il 15%, causato dal surriscaldamento della temperatura di forgiatura.
Leghe di titanio si sono deformate al di sopra del punto di transizione di fase ( + / temperatura di trasformazione) per ottenere strutture a basket o strutture widmanstatten con cattiva plasticità e proprietà di fatica. Pertanto, la maggior parte degli standard tecnici del prodotto in lega di titanio richiedono che le microstrutture di prodotti in lega di titanio a doppia fase di tipo quasi-tipo e {2}} siano generalmente strutture equiax o strutture a doppio stato con buone prestazioni complete. Pertanto, i prodotti in lega di titanio a doppia fase quasi -type e {6}} sono generalmente riscaldati e forgiati a 30-60 grado al di sotto del punto di transizione di fase. Un gran numero di studi e pratiche ingegneristiche hanno dimostrato che con l'aumento della temperatura di riscaldamento forgiata, il contenuto di equiax primario nella microstruttura delle leghe di titanio a doppia fase è significativamente ridotto, mentre il contenuto di lath è significativamente aumentato. Vale a dire, quando la lega di titanio duplex viene riscaldata al di sotto del punto di trasformazione della fase, all'aumentare della temperatura di riscaldamento, della fase equiax primaria nella struttura si trasforma gradualmente in fase, con conseguente diminuzione del contenuto equiax primario, una morfologia più piccola e un aumento del contenuto di livelli nella microstruttura del titanio dopo il riscaldamento e l'approfondimento. Quando la temperatura di riscaldamento e forgiatura supera il punto di trasformazione della fase della lega di titanio, la fase equiax primaria nella struttura in lega di titanio duplex scompare completamente e diventa una struttura a cesto di cesto o una struttura di larghezza.
La conduttività termica del titanio è 0. 036Cal/cm · s · gradi (1cal/cm · s · gradi =418. 68W/cm · K), che è 1/15 di alluminio e 1/5 di ferro a temperatura ambiente. Durante il processo di forgiatura della lega di titanio sul martello, a causa dell'elevato tasso di deformazione istantanea (7 ~ 9 m/s sul martello) e un'alta frequenza di colpire, lo stress di flusso interno della lega è troppo grande e una grande quantità di energia meccanica viene consumata e convertita in calore interno in breve tempo. Poiché la deformazione del nucleo della billetta è maggiore di quella dell'area circostante e le condizioni di dissipazione del calore sono scarse, la temperatura all'interno della billetta aumenta e la temperatura dell'area centrale con il massimo grado di deformazione si avvicina o addirittura supera il punto di transizione della lega, risultando in una forte diminuzione o addirittura la scomparsa completa della micostruttura equiezzata primaria al centro della billetta finale. Quando il surriscaldamento è grave, l'organizzazione viene trasformata in un'organizzazione Widmanstatten per prestazioni molto scarsa. Dopo che le due tipiche leghe di titanio a doppia fase sono forgiate da Hammer, il contenuto primario equiaxe nelle loro microstrutture diminuisce bruscamente e il contenuto di titoli aumenta di conseguenza. La microstruttura viene trasformata da una struttura equiax ideale a una scarsa struttura di Widmanstatten. Il motivo principale è che la lega di titanio viene surriscaldata durante il processo di deformazione istantaneo e grave.
Durante la deformazione forgiata della lega di titanio, il centro è generalmente la violenta zona di deformazione, quindi il centro è l'area con il più alto aumento della temperatura. L'aumento della temperatura al centro viene utilizzato come base principale per la formulazione del processo di forgiatura. Quando si forgiano la lega di titanio con un martello da forgiatura con una velocità di forgiatura più rapida, è necessario prendere in considerazione l'effetto di calore centrale durante il processo di forgiatura e il bianco non può essere colpito continuamente. Si consiglia di utilizzare una stampa o una macchina per forgiatura rapida per la forgiatura in lega di titanio se le condizioni lo consentono. Questo tipo di attrezzatura di forgiatura ha una bassa velocità di sorprendente e la velocità di deformazione istantanea del vuoto durante la forgiatura è bassa. Il calore di deformazione generato non è molto ovvio. Allo stesso tempo, c'è abbastanza tempo per la diffusione del calore di deformazione, che non causerà un aumento significativo della temperatura del nucleo istantaneo.
2. Organizzazione irregolare
Quando si osservava la microstruttura di un lotto di conflitti in lega di titanio TC17, si è scoperto che c'erano alcune grandi fasi a blocchi (comunemente conosciute come blocchi grossolani) nella struttura del cestino, vedere la Figura 3. La TC17 in lega di titanio si è prevista Struttura del cestino uniforme.
Questo tipo di blocco grossolana è anche chiamato Big White Block. Rispetto alla sottile striscia normale nella struttura del cestino, è di forma grossolana e irregolare. Cresce dal confine del grano al grano, raramente intrecciato, e la sua interfaccia cristallina è relativamente ruvida e irregolare, mentre l'interfaccia cristallina della striscia normale è relativamente liscia. Gli studi hanno dimostrato che la microdurezza di questo blocco grosso è di circa il 10% inferiore a quella della striscia normale, che provoca la diminuzione della plasticità in lega e della stabilità termica, influenzando la qualità dei rinchiusi, quindi è necessario prevenire questo tipo di struttura irregolare in lega di titanio. Durante il processo di fusione e solidificazione della lega di titanio, a causa del coefficiente di distribuzione dell'equilibrio di vari elementi in lega ≠ 1, vi è arricchimento e segregazione di elementi stabilizzanti nel grano post-solidificazione, quindi le precipitazioni di fase prima al suo arricchimento e crescono lungo il grano al limite al grano, formando così un blocco inicolo. La segregazione dei componenti di micro-regione è la ragione fondamentale per la generazione di questa struttura irregolare.
Micro-region component crystallization segregation is caused by the equilibrium distribution coefficient k0>1 o 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.
Il raffreddamento rapido (raffreddamento ad acqua o raffreddamento dell'olio) dopo la faldazione può ridurre o inibire significativamente l'aspetto di blocchi grossolani. L'accelerazione del tasso di raffreddamento e l'aumento del grado di superbooling può aumentare il tasso di nucleazione della fase. Sebbene vi sia segregazione degli elementi in lega nell'area locale, che ha le condizioni per la crescita di blocchi grossolani, la fase non ha avuto il tempo di crescere e fondersi e il processo di trasformazione di fase dell'intera organizzazione è terminato. Il controllo della velocità di raffreddamento può cambiare significativamente la morfologia e la distribuzione della fase precipitata. Il raffreddamento dell'acqua o il raffreddamento dell'olio dopo le correzioni di forgiatura tutti o parte dei difetti cristallini (lussazioni, sottovaluti) e organizzazioni deformate con una maggiore densità di dislocazione generata dalla forgiatura a temperatura ambiente, aggiungendo un gran numero di nuclei di cristalli per la ricristallizzazione nel successivo processo di trattamento termico. Nel successivo trattamento termico, il meccanismo di precipitazione della fase cambia dal meccanismo di nucleazione indotto in condizioni di raffreddamento dell'aria a una modalità di nucleazione indipendente e si ottengono piccole strisce intrecciate e intrecciate di primario e secondario. Questa organizzazione può migliorare significativamente le proprietà complete della lega.
3. Difetti di tipo cavità
Durante l'ispezione ultrasonica di fabbrica di un lotto di barre in lega di titanio TA7 da 70 mm, sono state trovate onde di difetto eccessive. Dopo aver sezionato la posizione del difetto, è stata condotta un'ispezione orizzontale a bassa potenza. Dopo la corrosione, sono stati trovati un gran numero di "fosse" sull'ispezione a bassa potenza, principalmente concentrati nell'area centrale della barra e non sono stati trovati "pozzi" al di fuori del raggio 1/4 della barra. Successivamente, le fosse sono state osservate ad alta potenza e sono risultate essere difetti del vuoto intergranulari. Le foto della microstruttura dei difetti sono mostrate nella Figura 4. Alcuni studi ritengono che il fenomeno "fossa" sia correlato alla corrosione e il fenomeno "fossa" diventa più evidente all'aumentare del tempo di corrosione; Alcuni studi ritengono che la "fossa" possa essere correlata all'alto contenuto dell'elemento di impurità Fe. Tuttavia, i punti di vista di cui sopra sono difficili da spiegare il fenomeno delle onde di difetto eccessive nei test ad ultrasuoni e il fenomeno vuoto presente nell'analisi ad alta potenza.
Un gran numero di pratiche di ingegneria ha dimostrato che le prestazioni del processo di forgiatura di TA7 sono peggiori di quelle di altre leghe di titanio come TC4 e TC11. È più soggetto a crack durante il processo di forgiatura rispetto ad altre leghe di titanio e il tasso di propagazione delle crepe è più veloce. I materiali metallici come le leghe di titanio e alluminio sono inclini a indurre allentamento, vuoti e persino fratture quando si sottopongono a grandi ceppi (come la formazione superplastica). I vuoti nella lega di titanio Ta7 sono indotti da grandi ceppi. In elevate velocità di deformazione, lo stress di flusso della lega di titanio TA7 aumenta in modo significativo rispetto alle condizioni statiche, ma la plasticità diminuisce significativamente; All'aumentare della velocità di deformazione, aumenta la deformazione dello stress di flusso, ma esiste una velocità di deformazione critica. Quando viene superato il valore critico, il materiale si frattura; Quando la velocità di deformazione raggiunge il valore critico, nel materiale viene generata una banda di taglio adiabatica e i micro-danni si formano nella banda. Sotto l'azione dello stress esterno, i vuoti raccolgono e crescono gradualmente e persino forme di micro-crack. I microvoidi sono sempre formati lungo la massima banda di deformazione a taglio. Questo perché nella deformazione localizzata, la fascia di taglio massima si deforma violentemente, risultando in una temperatura elevata, che ammorbidisce il materiale nella banda e diventa un luogo ideale per difetti come crepe e vuoti. Durante il processo di forgiatura, la deformazione dell'area centrale della barra TA7 è la più grande, la diffusione del calore di deformazione è la più lenta e la temperatura di deformazione è la più alta. Pertanto, è più probabile che i vuoti compaiano durante la grande deformazione.
Studi hanno dimostrato che la deformazione plastica dei materiali metallici è accompagnata da cambiamenti nella morfologia organizzativa, principalmente crescita del grano, allungamento del grano equiaxe, rotazione del grano e scorrimento, proliferazione della dislocazione, recupero dinamico e ricristallizzazione e nucleazione e crescita del vuoto. Lo scorrimento dei confini del grano è il principale meccanismo di deformazione plastica. Lo scorrimento dei confini del grano può causare la concentrazione di stress locale e ostacolare l'ulteriore occorrenza dello scorrimento dei confini del grano. Quando la concentrazione di stress non può essere eliminata dal movimento di dislocazione, il vuoto nucleerà e quindi crescerà. Il vuoto nuclea preferibilmente al confine triangolare del grano. All'aumentare della deformazione, il vuoto inizia a crescere e il vuoto non cresce in uno stato equiaxe, ma cresce in modo ellittico. I vuoti sono facili da diffondersi ai confini del grano che condividono lo stress di trazione parallelo, formando così un flusso di posti vacanti direzionali nella direzione dello stress di trazione, che si raccoglie continuamente verso il centro del vuoto, permettendo al vuoto di crescere parallelamente alla direzione di trazione. Un gran numero di letterature menzionano che il "vaiolazione" e i vuoti sono inclini ad apparire durante il processo di forgiatura di questa lega. Attraverso l'analisi del meccanismo di formazione di "deviazione" e vuoto difetti della lega di titanio TA7, abbiamo riassunto una serie di metodi efficaci per prevenire i difetti vuoti nella lega di titanio TA7 in lega, che consiste in modo rigoroso per evitare la deformazione per evitare il taglio per l'evitare per l'evitare per l'evitare per l'evitare per il fuoco che si impegnano a un mandato per evitare che si impegnano a un mandato per il mandato, che ha una pressione per l'evitare per il cambio, che ha tenuto il fuoco che ha tenuto il cambio che si è impegnato a un mandato per evitare che il fuoco si è impegnato, che ha una pressione idraulica per evitare che si impegnano a un mandato per il mandato, che ha un acconto che ha accolto per il taglio che si tratta di HAMtiva. Buoni risultati nella produzione.
4. Conclusione
Allo stato attuale, i comuni difetti di forgiatura nelle leghe di titanio includono principalmente surriscaldamento e struttura irregolare, vuoti, crepe, ecc. Questi difetti sono generalmente facili da trovare nell'ispezione della microstruttura o nei test ultrasuoni dei prodotti in lega di titanio. Sono principalmente causati dal controllo improprio dei parametri di processo durante il processo di forgiatura dei prodotti in lega di titanio. Pertanto, nel processo di forgiatura, è necessario selezionare un tasso di deformazione appropriato (attrezzatura di forgiatura), temperatura di forgiatura del riscaldamento, quantità di deformazione per passaggio e velocità di raffreddamento dopo la forgiatura in base alle diverse caratteristiche dei materiali in lega di titanio.
