L'alliage de titane est un matériau structurel léger, à haute résistance et résistant à la corrosion, qui présente les caractéristiques d'une résistance spécifique élevée, d'une plage de température de déformation étroite, d'une forte résistance à la corrosion, d'une bonne biocompatibilité, non toxique et non magnétique, etc. est largement utilisé dans l'aérospatiale, l'ingénierie marine, le pétrole chimique, l'énergie nucléaire médicale et d'autres domaines. Les alliages de titane ont la caractéristique typique de la transformation allotropique, et la composition chimique, le processus de déformation plastique et la méthode de traitement thermique ont un impact significatif sur leur microstructure et leurs propriétés mécaniques. À l'heure actuelle, les chercheurs nationaux et étrangers ont mené de nombreuses recherches sur le formage, la fabrication et le contrôle des performances des produits en alliage de titane.
L'effet du processus de vieillissement en solution sur la microstructure et les propriétés de la tige d'alliage de titane Ti-6Al-6V-2Sn a été étudié, et le processus de vieillissement en solution a été optimisé. Zhang Chenhui et al. comparé les effets de la température de chauffage et des méthodes de refroidissement sur la microstructure et les propriétés mécaniques des alliages de titane tels que TA15, TC12 et TA31, et exploré le mécanisme de régulation du nombre de phases primaires sur la résistance à la traction, la résistance à haute température et résilience des alliages de titane. . Arabe et al. ont étudié la relation entre la microstructure et les propriétés mécaniques, montrant que l'échantillon trempé à l'eau à structure martensitique a une dureté plus élevée et que la microstructure à deux états a une bonne déformation plastique et une bonne résistance.
Sadeghpour et al. a développé un nouveau type d'alliage de -titane Ti-4Al-7Mo-3Cr-3V (Ti-4733), et des études ont montré que la microstructure de les précipités fins en forme d'aiguille présentent une résistance à la traction plus élevée. La recherche sur le formage, la fabrication et le contrôle des performances des produits en alliage de titane a obtenu des résultats progressifs. Cependant, les alliages de titane ne peuvent pas être recristallisés par transformation allotropique pour obtenir un raffinement du grain austénitique comme l'acier, et une déformation plastique est nécessaire pour obtenir un raffinement du grain. À l'heure actuelle, il existe encore des problèmes techniques clés tels qu'une déformation difficile à haute température, une technologie immature de laminage contrôlé et de refroidissement contrôlé et un raffinement difficile du grain. Par conséquent, il est très important d'explorer l'influence génétique de la déformation plastique macroscopique du produit sur la régulation de la performance des tissus du produit. Dans cet article, sur la base des billettes de barres d'alliage de titane TC4 laminées à chaud obtenues par différentes techniques de laminage, les caractéristiques d'évolution de la microstructure, les changements de taille de grain et les propriétés mécaniques de l'alliage dans différentes conditions de traitement thermique ont été comparées et analysées, et les effets de macroscopique la déformation plastique et le traitement thermique de recuit sur l'évolution de la microstructure de l'alliage ont en outre été révélés. et propriétés mécaniques, et fournissent une base théorique pour l'optimisation des paramètres de procédé pour le laminage à chaud et le traitement thermique de ce type de barre d'alliage.
1 Matériel et méthodes d'essai
Il existe deux types de matériaux d'essai : dalle à deux rouleaux TC4, spécification de taille : ϕ15 mm × 10 mm ; Plaque à trois rouleaux TC4, spécification de taille : ϕ12 mm × 10 mm. La composition chimique de l'alliage est indiquée dans le tableau 1. L'alliage de titane TC4 est un alliage typique plus, comme le montrent les figures 1 (a) et 1 (b), la morphologie microscopique des billettes à deux et trois rouleaux, tous montrant une distribution égale, une phase et une phase fines et uniformes, et la forme équiaxe de la billette à trois rouleaux est plus significative. Cela est principalement attribuable à la grande quantité de déformation plastique dans le laminage à trois cylindres, à la cage de laminage compacte, à la chute lente de la température, à la déformation complète du grain à la surface de la barre, à la fraction de recristallisation dynamique atteignant la saturation et aux dislocations des joints de grains passant d'une distribution uniforme à une L'état de distribution polygonale favorise la transformation des grains de bande initiaux en grains équiaxes [10-14], et les structures fines et équiaxes sont plus évidentes.
Afin d'explorer davantage les effets de la température de recuit, de la vitesse de refroidissement et du processus de déformation sur l'évolution de la microstructure et les propriétés mécaniques des alliages de titane, différents procédés de traitement thermique ont été formulés, comme indiqué dans le tableau 2. Observez les caractéristiques d'évolution de la microstructure de l'alliage de titane TC4 sous Microscope optique CX200E (OM) et microscope électronique à balayage SEM3000S (SEM). La solution de corrosion est le décapant Kroll, qui est un décapant spécial pour le point de transformation de l'alliage de titane : 3 % de HF plus 6 % de HNO3 plus 91 % de H2O ; utiliser l'analyse d'image ImageJ pour calculer la taille moyenne des grains et le rapport de surface de la microstructure, et explorer les caractéristiques de changement de la taille des grains ; effectuer des essais de traction sur une machine d'essai de matériaux universelle électronique commandée par ordinateur WDW-200 et obtenir la résistance de l'échantillon (résistance à la traction, limite d'élasticité) et l'indice plastique (allongement, réduction de surface) ; et le test de dureté a été effectué sur le testeur de microdureté HX-1000TM/LCD, la charge de chargement était de 1 N, le temps de chargement était de 10 s et 5 La valeur moyenne des mesures a été prise pour obtenir la dureté Vickers de l'échantillon.
2 Résultats et discussion
2.1 Effet de la température de recuit sur la microstructure et la taille des grains
Sur la base de l'alliage de titane TC4 laminé à deux rouleaux, cinq températures de recuit différentes ont été formulées et chauffées à 850, 900, 950, 1000 et 1050 degrés avec le four, correspondant aux échantillons 1-5. Une fois l'ébauche recuite à 850 et 900 degrés, comme le montrent les figures 2 (a) et 2 (b), la taille des grains de la phase a augmenté et était elliptique, et la forme générale s'est conformée aux caractéristiques de la microstructure équiaxe, y compris équiaxe Dans le même temps, observez les données pertinentes des grains de phase -, comme indiqué sur la figure 2 (f), dans cette plage de températures, à mesure que la température de recuit augmente, la proportion de surface de phase - augmente de manière significative, indiquant que la structure - s'est transformé en phase Plus alpha. Après recuit à 950 degrés, comme le montre la figure 2 (c), la microstructure comprend une structure à double état typique de phase primaire équiaxe, de phase en forme d'aiguille et de phase de transition. La structure à double état a de bonnes propriétés de traction et une ténacité à la rupture élevée et un taux de croissance des fissures de fatigue plus faible ; dans le même temps, la taille moyenne des grains de phase - ne change guère, tandis que le rapport de surface diminue. Après recuit à 1000 et 1050 degrés, comme le montrent les figures 2(d) et 2(e), le joint de grain d'origine est le domaine du faisceau et la phase est répartie entre les phases, montrant les caractéristiques de la structure de Widmanstatten. Comparée à la structure à deux états, la structure de Widmanstatten a une plasticité plus faible ; dans cette plage de température, à mesure que la température de recuit augmente, la taille moyenne des grains de phase croît plus rapidement et le rapport de surface ne change guère, ce qui indique qu'après le point de transition de phase TC4, avec l'augmentation de la température de recuit
2. 2 Effet du processus de déformation et de la vitesse de refroidissement sur la microstructure et la taille des grains
Sur la base d'alliages de titane TC4 à deux cylindres et à trois cylindres, les effets de différents processus de déformation (laminage continu à deux cylindres, laminage continu à trois cylindres) et de vitesses de refroidissement (refroidissement par eau, refroidissement par air et refroidissement du four) sur la microstructure des alliages à une température de maintien de 950 degrés ont été étudiés. Influence de la structure et de la taille des grains. Les alliages laminés deux cylindres correspondent aux échantillons 6, 3 et 7, et les alliages laminés trois cylindres correspondent aux échantillons 13-15. Pour les dalles à deux rouleaux, après le traitement de refroidissement à l'eau, comme le montre la figure 3 (a), la vitesse de refroidissement est rapide et la précipitation en phase ne peut pas se dérouler dans le temps, mais la transformation de la structure du treillis se produira et les précipités ont le même composition que la phase initiale mais structures de réseau différentes. Phase martensitique, la structure présente une structure mixte de phase équiaxe, martensite ′, ″ matrice et phase transformée. Après traitement de refroidissement à l'air, comme le montre la figure 3 (b), la structure comprend une phase primaire équiaxe et une phase aciculaire précipitée dans la phase de transition. Après le refroidissement du four, comme le montre la figure 3 (c), la phase précipitera le long de la ligne de transition de phase, la phase sera précipitée relativement complètement et la phase se rassemblera entre les phases. La structure comprend une phase équiaxe et une phase entre phases équiaxes. Pour les billettes à trois rouleaux, les microstructures des échantillons après différentes vitesses de refroidissement sont présentées sur les figures 3 (d), 3 (e) et 3 (f). La composition de phase des brames à deux rouleaux avec le même procédé de refroidissement est fondamentalement la même. Il convient de noter qu'après le traitement thermique de la brame à trois rouleaux, la phase équiaxe, la matrice de martensite ′, ″ et la phase aciculaire sont plus petites. En même temps, en observant la figure 4, le rapport de surface et la taille moyenne de la phase de l'alliage laminé à chaud à trois cylindres sont inférieurs à ceux de l'alliage laminé à chaud à deux cylindres. Ceci est principalement attribué au fait que le laminage à chaud à trois cylindres peut réaliser une grande déformation plastique en peu de temps, forçant le raffinement du grain. Dans le même temps, des études ont montré que les grains de la phase - peuvent effectivement entraver la croissance des vides de déformation en traction formés à l'interface entre la phase - équiaxe et la phase - transaxiale, et plus la taille des grains de la phase - primaire est petite, plus la résistance des vides pendant le processus d'expansion est grande. Plus il y a de couches, plus l'alliage est favorisé pour obtenir une ductilité à la traction et une limite d'élasticité supérieures à 2. 3 Recuit et vieillissement sur la microstructure de l'alliage. La figure 5 montre la microstructure des échantillons 10, 11, 12 et 16 après traitement de recuit et de vieillissement, et l'illustration en haut à droite de la figure 5 montre la microstructure des échantillons 8, 9, 6 et 13. Comme le montre l'encadré de la figure 5, les microstructures des brames à deux et trois rouleaux après recuit et traitement de refroidissement à l'eau comprennent la phase primaire équiaxe, la phase martensite ', ' et la phase métastable. Une analyse par diffraction des rayons X (XRD) a été effectuée sur les échantillons, comme le montre la figure 6 (a), il existe des phases martensitiques " et " dans la microstructure des tiges TC4 sous différents processus de déformation et températures de recuit. ; en particulier lorsque la température de recuit est de 950 degrés, il y a plus de phases ′ et ″ dans l'alliage de billettes à trois rouleaux. Les données de recherche pertinentes montrent que plus la température de recuit est proche de la température de transition de phase, plus la déformation plastique est importante, plus la précipitation de phase métastable est favorable ; et la phase martensitique ′, ″ et la phase métastable obtenues par recuit sont facilement décomposées en phase ou phase dispersée dans le processus de vieillissement ultérieur pour obtenir un renforcement de l'alliage.
On peut également voir sur la figure 5 qu'après le traitement de vieillissement, les échantillons 10 et 16 sont en phase équiaxe et en phase contenant la matrice de transition; les échantillons 11 et 12 sont une phase primaire équiaxe et une matrice de transition contenant une phase aciculaire. Transformez le substrat. Une observation plus poussée des caractéristiques de changement de données sur la figure 6 (b) montre qu'après le recuit et le vieillissement de la billette à trois rouleaux (échantillon 16 950 degrés × 60 min, WQ plus 540 degrés × 360 min, AC), la taille moyenne des grains de phase - est de 33,162 μm , ce qui est inférieur de 18,28 % à celui de la billette à deux cylindres traitée dans les mêmes conditions (échantillon 12) ; la forte réduction de la granulométrie de la phase est bénéfique à l'amélioration des propriétés mécaniques de l'alliage et au chargement des pièces mécaniques.
2.4 Effets du processus de déformation et du processus de traitement thermique sur les propriétés mécaniques Les échantillons 1, 2, 9, 11 et 17 ont été sélectionnés pour tester les propriétés mécaniques, et les résultats sont présentés à la figure 7. En comparant les échantillons 1, 2 et 9, le même processus de déformation Les tiges TC4 sont recuites et traitées thermiquement. À mesure que la température de recuit augmente et que la vitesse de refroidissement s'accélère, la résistance et la dureté de l'alliage augmentent et la plasticité diminue. En comparant les échantillons 9 et 11, après recuit et traitement de vieillissement, la résistance de l'alliage diminue, mais la plasticité et la dureté augmentent. En comparant les échantillons 11 et 17, les barres TC4 avec différents processus de déformation adoptent la même méthode de traitement thermique, et l'alliage laminé à chaud à trois rouleaux a une résistance plus élevée (Rel{{20}}MPa, R m{{ 21}}MPa), la plasticité (A=14.2 pour cent, Z=41. 2 pour cent) et la dureté (583.04HV), le rapport de rendement est aussi élevé que 0. 966.
3Conclusion
1) Le processus de traitement thermique a un impact significatif sur la microstructure et les propriétés mécaniques de l'alliage de titane TC4. Une fois la dalle recuite à 950 degrés, une structure typique à deux états peut être obtenue. La structure à deux états a de meilleures propriétés de traction et une plus grande résistance à la rupture. Ténacité et taux de croissance des fissures de fatigue plus faibles, à mesure que la température de recuit augmente et que la vitesse de refroidissement s'accélère, la résistance de l'alliage de titane TC4 augmente, la dureté augmente et la plasticité diminue ;
2) Sur la base de la recherche de traitement thermique d'alliages de titane basés sur différents processus de déformation, on constate que plus la déformation plastique de la billette à trois rouleaux est importante, plus elle est propice à la précipitation de phases métastables, et les phases ′ et ″ augmentent significativement après recuit, ce qui favorise la génération de plusieurs phases au cours du processus de vieillissement. La phase métastable se décompose, ce qui est propice au renforcement de la dispersion ; et la taille des grains de la phase est considérablement réduite, et plus les vides rencontrent des barrières pendant le processus d'expansion, et une ductilité à la traction plus élevée est obtenue ; 3) Du point de vue de l'application pratique de l'alliage de titane TC4 Considérant que le rapport de limite d'élasticité de la billette à trois rouleaux après traitement de recuit et de vieillissement peut atteindre 0.966, ce qui est beaucoup plus élevé que celui du laminage ordinaire. chargé.
