TC4 lydinio pagrindai
TC4 yra kiniškas Ti-6Al-4V lydinio, plačiausiai pasaulyje naudojamos alfa ir beta titano medžiagos, pavadinimas. Jame yra apie 6 % aliuminio kaip alfa fazės stabilizatoriaus ir apie 4 % vanadžio kaip beta fazės stabilizatoriaus, o jo tankis yra maždaug 4,43 g/cm³ ir tempiamasis stipris, panašus į daugelio legiruotų plienų. Dviejų fazių pusiausvyra nėra fiksuota: terminis apdorojimas ir deformacija keičia alfa ir beta proporciją, dydį ir morfologiją, o tie pokyčiai nustato gatavos plokštės mechanines savybes.
| Nominali kompozicija | Al 5,5–6,75%, V 3,5–4,5%, Ti balansas |
| Lydinio tipas | Alfa ir beta titano lydinys |
| Beta transus temperatūra | Apie 995 laipsnių standartinei chemijai |
| Lydymosi diapazonas | Apie 1604–1660 laipsnių |
| Tankis | 4,43 g/cm³ |
| Tipiškos atkaitintos plokštės savybės | Mažiausias UTS 896 MPa, minimalus išeiga 828 MPa, pailgėjimas mažiausiai 10 % |
Beta transusą verta pakomentuoti, nes vadovuose nurodytos vertės nuo maždaug 940 laipsnių iki maždaug 1000 laipsnių. Sklaida yra chemijos efektas: papildomas deguonis ir aliuminis stumia transusą aukštyn, o beta stabilizatoriai stumia žemyn, todėl dvi nominaliai identiškos klasės plokštės gali skirtis dešimtimis laipsnių. Todėl kiekvienas terminio apdorojimo grafikas turėtų būti nustatytas pagal transus, išmatuotą pagal faktinę šilumą, o ne į bendrą skaičių.
Ką valdo šildymo greitis
Kaitinant alfa transformuojasi į beta, o greitis, kuriuo plokštė kerta dviejų fazių lauką, nulemia, kiek kiekvienos fazės yra, kai pasiekiama temperatūra. Greitas atsparus šildymas, kai srovės išvestis ir dujų srautas reguliuojami taip, kad būtų reguliuojama plokštės temperatūra, neleidžia aukštai temperatūrai beta fazei vėl virsti stambia alfa faze. Lėtas kaitinimas suteikia transformacijos laiką ir sukuria labiau subalansuotą struktūrą. Todėl kaitinimo greitis ir palaikymo temperatūra veikia kartu, o bandymo rezultatų palyginimas galioja tik tada, kai užregistruojami abu.
Ką valdo aušinimo greitis
Aušinimas yra stipresnė svirtis. Kai beta fazė atšaldoma, transformacijos produktas priklauso nuo to, kiek atomai gali išsisklaidyti, kol temperatūra iškrenta iš transformacijos diapazono.
| Aušinimo maršrutas | Apytikslis aušinimo greitis | Transformacijos produktas | Poveikis lėkštėje |
|---|---|---|---|
| Krosnies aušinimas | Žemiau 0,1 laipsnio/s | Difuzija kontroliuojama lamelinė alfa plius beta | Mažesnis stiprumas, didžiausias lankstumas ir kietumas |
| Oro aušinimas | Maždaug 1–10 laipsnių/s | Prilygsta lamelinei alfa ir beta versijai | Subalansuotas stiprumas ir lankstumas |
| Vidutinis greitas aušinimas | Maždaug 20–400 laipsnių / s | Mišrus produktas, kurio sudėtyje yra masyvi alfa | Stiprumas didėja, lankstumas mažėja |
| Labai greitas aušinimas, gesinimas vandeniu | Virš maždaug 400 laipsnių / s | Šešiakampis alfa pirminis martensitas | Didžiausias stiprumas, sumažintas plastiškumas, iškraipymo rizika |
Plačiai cituojami Ti-6Al-4V aušinimo greičio tyrimai rodo šiuos tris režimus: maždaug virš 400 laipsnių/s beta fazė beveik visiškai virsta alfa pirminiu martensitu, maždaug 20–400 laipsnių/s produktas yra mišinys, kuriame yra masyvi alfa, o žemiau apie 20 laipsnių/s transformacija yra kontroliuojama difuzija ir alfa plius. Plona plokštė daug lengviau pasiekia aukštą aušinimo greitį nei stora plokštė, todėl plokštelės storis turi būti įtrauktas į apdorojimo įrašą; sekcija, kuri gesina 200 laipsnių / s viename storyje, gali valdyti tik oro aušinimo greitį kitame.
Nuo mikrostruktūros iki mechaninių savybių
Titano martensitas nėra tas pats, kas plieno martensitas. Alpha prime yra be difuzijos šešiakampės transformacijos produktas, kuris yra stiprus, bet santykinai trapus, ir paprastai tai yra tik tarpinis etapas, nes vėliau plokštė sendinama, kad iš sulaikytos beta versijos išsisklaidytų alfa nuosėdos ir atkurtas naudingas stiprumo ir lankstumo derinys. Tai yra klasikinio TC4 būdo pagrindas: tirpalo apdorojimas dviejų fazių lauke, gesinimas, tada sendinimas žemesnėje temperatūroje, siekiant padidinti stiprumą ir išlaikyti priimtiną pailgėjimą. Vietoje to, kur reikalingas didžiausias kietumas, pirmenybė teikiama atkaitintai alfa ir beta struktūrai, sukurtai lėtai aušinant.
Aukštesnė tirpalo temperatūra ir greitesnis gesinimas: išlaikoma daugiau metastabilumo beta, daugiau martensito aušinant, didesnis stiprumas po senėjimo.
Lėtesnis kaitinimas iki tos pačios temperatūros: pilnesnė transformacija prieš gesinimą, mažiau sulaikoma beta ir mažesnis stiprumas po senėjimo.
Ilgesnis ar karštesnis sendinimas: daugiau alfa nusėdimų, didesnis stiprumas, mažesnis lankstumas ir per toli nustumiant per senėjimo rizika.
Storesnė plokštė: lėtesnis aušinimas per sekciją, silpnesnė reakcija į gesinimą, todėl savybės skiriasi nuo paviršiaus ir centro.
Praktinės plokštės terminio apdorojimo instrukcijos
Streso mažinimas paprastai atliekamas 600–650 laipsnių diapazone, alfa ir beta struktūros atkaitinimas maždaug 700–800 laipsnių, o tirpalo apdorojimas dviejų fazių lauke maždaug 940–970 laipsnių, po to gesinimas ir sendinimas maždaug 480–600 laipsnių. Virš maždaug 600 laipsnių ore plokštė sudaro kietu deguonimi praturtintą paviršiaus sluoksnį, todėl krosnies atmosfera, dujų srautas ir laikas esant temperatūrai turi būti kontroliuojami, o sluoksnis paprastai pašalinamas chemiškai arba mechaniškai prieš eksploatavimą. Temperatūros vienodumas per plokštę yra toks pat svarbus, kaip ir vardinė nustatymo taškas, nes gradientas sukuria struktūrinį gradientą, o kartu ir iškraipymus gesinimo metu bei liekamuosius įtempius baigtoje dalyje.
Dažnai užduodami klausimai
K: Ką iš tikrųjų reiškia TC4 beta transusas?
Tai temperatūra, virš kurios lydinys yra visiškai beta fazės. Standartiniam Ti-6Al-4V jis yra apie 995 laipsnius, tačiau deguonis ir aliuminis jį pakelia, o beta stabilizatoriai mažina, todėl terminis apdorojimas turėtų būti pagrįstas išmatuota šilumos verte.
Kl .: Kodėl dėl greitesnio aušinimo TC4 plokštė tampa tvirtesnė?
Greitas aušinimas slopina difuziją, todėl beta transformuojasi į kietą alfa pirminį martensitą arba išlieka kaip metastabili beta, kuri vėliau senstant nusodina smulkią alfa, o tai abu padidina stiprumą.
K: Ar greitas aušinimas kada nors sumažina našumą?
Taip. Per greitas gesinimas sumažina plastiškumą ir atsparumą lūžiams, sukelia iškraipymus ir liekamąjį įtempimą, todėl gali susidaryti sunkiai apdirbama konstrukcija, todėl aušinimo greitis turi būti suderintas su detalėmis ir specifikacijomis.
K: Ar plokštės storis svarbus rezultatams?
Tai lemiama, nes storis nustato faktinį sekcijoje pasiektą aušinimo greitį. Dvi plokštės, turinčios tą patį krosnies planą, gali turėti gana skirtingą struktūrą, jei skiriasi jų storis.
Kl.: Kas atsitiks, jei TC4 kaitinama virš beta transuso?
Struktūra tampa visiškai beta ir aušinant susidaro stambios lamelės arba martensitinės struktūros, kurios paprastai sumažina plastiškumą ir nuovargį, todėl beta apdorojimas yra skirtas konkretiems tikslams.
Kl .: Kaip tvarkomas deguonies prisotintas paviršinis sluoksnis?
Jis valdomas ribojant laiką esant aukštai oro temperatūrai ir naudojant apsauginę atmosferą, o prieš pradedant naudoti plokštę pašalinama beicuojant arba apdirbant.
