Giới thiệu
Hợp kim titan có ưu điểm là trọng lượng nhẹ, độ bền riêng cao, khả năng chịu nhiệt tốt và chống ăn mòn tuyệt vời, được sử dụng rộng rãi trong quốc phòng, công nghiệp quân sự và nền kinh tế quốc dân. Hình thái cấu trúc vi mô là yếu tố quyết định ảnh hưởng đến hiệu suất của hợp kim titan, chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hóa học, quy trình rèn và phương pháp xử lý nhiệt. Khi thành phần hóa học được cố định, chất lượng của vật rèn hợp kim titan chủ yếu được xác định bởi quá trình rèn, nghĩa là cấu trúc vi mô kém hình thành trong quá trình rèn rất khó được cải thiện bằng các quá trình xử lý nhiệt tiếp theo. Đồng thời, hợp kim titan rất nhạy cảm với các thông số quá trình rèn. Nhiệt độ rèn ảnh hưởng đến hành vi biến đổi pha trạng thái rắn-của hợp kim titan, đồng thời mức độ biến dạng và tốc độ biến dạng cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ, hình thái, kích thước và sự phân bố của pha và pha.
TC4 (Ti-6Al-4V) là hợp kim titan hai pha martensitic đẳng trục được Hoa Kỳ phát triển lần đầu tiên vào năm 1954. Nó có hiệu suất xử lý và hiệu suất toàn diện tuyệt vời và chủ yếu được sử dụng để sản xuất các bộ phận chịu tải như quạt, đĩa máy nén và cánh quạt của động cơ máy bay. Hiện nay nó đã trở thành hợp kim titan được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Cấu trúc vi mô của nó có thể được phân thành bốn loại: cấu trúc lưỡng kim, cấu trúc cân bằng, cấu trúc lớp và cấu trúc giỏ. Các loại cấu trúc vi mô khác nhau tương ứng với các tính chất cơ học khác nhau. Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng của các quá trình rèn khác nhau đến cấu trúc vi mô và tính chất của hợp kim titan TC4 có ý nghĩa kỹ thuật quan trọng.
1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm
Nhiệt độ rèn và mức độ biến dạng được chọn làm thông số thay đổi của quá trình rèn. Dựa trên nhiệt độ chuyển pha (+)/của hợp kim titan TC4 (985~990 độ), bốn nhiệt độ rèn đã được xác định. Quy trình từ 1 đến 4 là + giả mạo, quy trình 5 gần{10}} giả mạo và quy trình 6 đang giả mạo. Ba mức độ biến dạng khác nhau đã được lựa chọn trên cơ sở nhiệt độ rèn 950 độ để khám phá lượng biến dạng tối ưu cho quá trình rèn + thông thường.
Kích thước trống một mảnh của thanh hợp kim titan TC4 là 150mm. Sau khi gia nhiệt, thanh được rèn và làm phẳng theo hướng xuyên tâm. Quá trình xử lý nhiệt sau rèn-là (720±10) độ ×1h+AC, nhằm mục đích loại bỏ ứng suất bên trong, cải thiện độ dẻo và độ ổn định của cấu trúc vi mô.
Cấu trúc vi mô được quan sát và phân tích bằng kính hiển vi quang học. Các mẫu kim loại được cắt bằng cách cắt dây, nhúng, nghiền và đánh bóng để thu được mẫu. Chất ăn mòn là dung dịch cồn axit nitric 3%. Theo yêu cầu của GB/T228.1-2010 và GB/T30758-2014, các mẫu thử đã được thiết kế và xử lý. Các đặc tính kéo, mô đun đàn hồi và tỷ lệ Poisson lần lượt được kiểm tra bằng máy kiểm tra độ bền kéo EBS-3000 và máy kiểm tra mô đun đàn hồi IET-01. Kết quả thử nghiệm là giá trị trung bình của ba lần đo. Hình thái đứt gãy do kéo được quan sát và phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét. Độ cứng Brinell đã được kiểm tra theo GB/T231.1-2009. Thiết bị kiểm tra là máy đo độ cứng kỹ thuật số HBS-3000. Lực thử là 612,5N và thời gian giữ áp suất là 15 giây. Kết quả thử nghiệm là giá trị trung bình cộng của ba điểm đo tại cùng một vị trí trên mỗi mẫu.
3 Kết luận
Bài viết này đã phân tích ảnh hưởng của các quá trình rèn khác nhau đến cấu trúc vi mô, tính chất kéo, hình thái đứt gãy khi kéo và độ cứng vi mô của hợp kim titan TC4 và rút ra các kết luận sau:
(1) Khi nhiệt độ rèn là 920 và 950 độ, thu được bốn loại cấu trúc đẳng trục; khi nhiệt độ rèn là 985 độ, thu được cấu trúc lưỡng kim; khi nhiệt độ rèn là 1020 độ, thu được cấu trúc dạng lớp. Kích thước và phần thể tích của hạt sơ cấp và hình thái của hạt thứ cấp thay đổi đáng kể theo nhiệt độ rèn và mức độ biến dạng.
(2) Cấu trúc đẳng trục có độ bền thấp hơn một chút nhưng khả năng biến dạng dẻo tốt hơn; cấu trúc dạng tấm có độ bền cao nhất nhưng do “dẻo” nên khả năng biến dạng dẻo kém; cấu trúc lưỡng kim cân bằng độ bền và độ dẻo cao, đồng thời hiệu suất toàn diện của nó tốt hơn so với cấu trúc đẳng trục, cho thấy rằng hàm lượng sơ cấp đẳng trục quá cao sẽ ức chế các tính chất cơ học của TC4.
(3) Bề mặt đứt gãy do kéo của sáu cấu trúc vi mô hầu như không có vùng xuyên tâm, cho thấy độ dẻo và độ bền tốt, phù hợp với mức giảm diện tích và độ giãn dài cao. Cấu trúc đẳng trục thể hiện cơ chế đứt gãy dẻo, trong khi cấu trúc lưỡng kim và cấu trúc phiến thể hiện cơ chế gãy gần như{2}}phân cắt.
(4) Độ cứng tăng khi nhiệt độ rèn và mức độ biến dạng tăng. Ở cùng mức độ biến dạng, khi nhiệt độ rèn tăng từ 950 độ lên 1020 độ, độ cứng tăng 8,5%; trong cùng nhiệt độ rèn, khi mức độ biến dạng tăng từ 10,7% lên 69,6% thì độ cứng tăng 4,8%.