Mikä on päällystetyn valssausprosessin vaikutus Gr5-titaaniseoslevyihin?

 

Tyypillisenä + duplex -titaaniseoksena,Gr5 titaaniseos (Ti-6Al-4V)hyötyy verhouksesta ja valssauksesta teknologiaa. Tämä tekniikka käyttää metallipäällystekerrosta parantamaan vierintävoiman tasaisuutta, mikä ratkaisee tehokkaasti reunahalkeiluongelman titaaniseoksen suuren pelkistyskäsittelyn aikana. Se tarjoaa käyttökelpoisen polun eripaksuisten arkkien tehokkaaseen-valmistukseen. 0,5 mm:n ultra{5}}ohutta levyä käytetään usein tarkkuuskomponenteissa ja lääketieteellisissä implanteissa, kun taas 3,0 mm:n keskipaksua-levyä käytetään enimmäkseen rakenteellisissa kuormitettavissa-osissa. Päällystys- ja valssausprosessissa tämä tutkimus tutkii 0,5 mm:n ja 3,0 mm:n Gr5-titaaniseoslevyjen mikrorakenteen kehityslakia ja mekaanisten ominaisuuksien eroja, paljastaen paksuusparametrien ja prosessin suorituskyvyn välisen sisäisen korrelaation.

 

 

Raaka-aineet ja näytteen valmistus

Kokeeseen valittiin teollisuus-luokan Gr5 titaaniseosharkot. Niiden tärkeimmät kemialliset koostumukset (massaosuus) ovat: Al 5,8%, V 4,2%, Fe 0,15%, O 0,12% ja loppuosa on Ti, joka täyttää ASTM B348 standardin vaatimukset. Homogenisointihehkutuksen jälkeen 1050 asteessa (alue) 4 tunnin ajan, harkko taottiin 15 mm -paksuksi kuumavalssatuksi aihioksi. Verhousmateriaalina käytettiin teräslevyä Q235 (paksuus 2 mm). Argonkaarihitsauksella koottiin ja hitsattiin titaaniseosaihio ja verhousteräslevy suljetuksi laminoiduksi valssauspakkaukseksi, jolloin varmistettiin, että titaaniseos ei joudu suoraan kosketukseen ilman kanssa valssausprosessin aikana hapettumiskontaminaation välttämiseksi.

Eriytetyt valssausprosessit kahdelle tavoitepaksuudelle:

 

• 3,0 mm levy: Päällystetty valssauspaketti kuumennettiin ja eristettiin 930 asteessa (keskilämpötila + duplex-alue) 2 tunnin ajan, kuumavalssattiin 3,5 mm:iin yhdellä lämmöllä, minkä jälkeen sille suoritettiin uudelleenkiteytyshehkutus 800 asteessa 1 tunnin ajan valssausjännityksen poistamiseksi ja valmiin rakenteen viimeistelemiseksi 3 mm:n läpi. 2 kierrosta kylmävalssauksen vähennysasteella noin 14 %.
• 0,5 mm:n levy: Käytettäessä 3,0 mm:n levyä väliaihiona pinta-suihkupuhalluksen jälkeen käytettiin huoneenlämpöistä kylmävalssausprosessia tavoitepaksuuden saavuttamiseksi 20 progressiivisen valssauksen kautta kokonaisvähennysasteella 83 %. Matalan lämpötilan jännityksenpoistohehkutus 650 asteessa 30 minuutin ajan suoritettiin joka 5. kierros halkeamien estämiseksi valssauksen aikana.

 

Molemmille levypaksuuksille suoritettiin lopuksi tyhjiöhehkutus 650 asteessa 1 tunnin ajan lopullisen kylmätyöskentelyjännityksen poistamiseksi ja rakenteen vakauden varmistamiseksi.

 

Testausmenetelmät

Testauslaitteet: OM&TEM

 

Mikrorakenteen karakterisointi suoritettiin käyttämällä OLYMPUS GX71 optista mikroskooppia (OM) ja FEI Tecnai G2 F20 transmissioelektronimikroskooppia (TEM). Hionnan ja kiillotuksen jälkeen näytteet syövytettiin Krollin reagenssilla (HF:HNO3:H2O=1:3:10) 5-8 sekunnin ajan metallografisen rakenteen näyttämiseksi. TEM-näytteet valmistettiin kaksinkertaisella elektrolyyttisellä kiillotuksella metanoli:typpihappo=3:1 käyttönesteellä -20 asteessa.

Mekaanisten ominaisuuksien testit suoritettiin ASTM E8/E8M -standardien mukaisesti Instron 5969 -yleistestauskoneella huoneenlämpötilan vetolujuustestejä varten vetonopeudella 2 mm/min. Jokaisesta paksuudesta otettiin kolme rinnakkaista näytettä, ja lopputuloksena käytettiin keskiarvoa. Mikrokovuus testattiin ZWICK/Roell ZHV30 Vickers -kovuusmittarilla 100g:n kuormalla ja pitoajalla 15s. Jokaiselle näytteelle testattiin kymmenen pistettä ja keskiarvo otettiin maksimi- ja minimiarvojen poistamisen jälkeen.

 

 

Makrorakenne ja raekoko

Titaaniseoslevyjen molemmilla paksuuksilla on + duplex -rakenne, mutta raekoossa, faasijakaumassa ja muodostumismekanismissa on merkittäviä eroja paksuudesta (käsittelytekniikan eroista).

 

mikrovalokuvat noin 0,5 mm ja 3,0 mm titaanilevystä

 

Parametri	3,0 mm keskipaksu-levy	0,5 mm ultra-ohut levy
Raekoko	8–12 μm (karkea tasaakseli)	2–5 μm (ultra-hieno)
Vaiheen jakelu	Epäjatkuva (Strips/saaret)	Jatkuva (verkko + hajanaiset saostumat)
Ydinmekanismi	Keskilämpötila-kuumavalssaus + kohtalainen kylmävalssaus	Suuri pelkistys kylmävalssaus + matalan lämpötilan-hehkutus

 

 

Mekaanisten ominaisuuksien vertailu

Levyn paksuus (mm)	Vetolujuus Rm (MPa)	Syötön lujuus Rp0,2 (MPa)	Venymä murtuman A jälkeen (%)	Mikrokovuus HV
3.0	898	840	17.7	260
0.5	1035	980	16.5	320
Suorituskyvyn parannusprosentti (%)	15.2	16.7	-1.2	23.1

 

 

Päällystetyllä valssausprosessilla voidaan valmistaa tehokkaasti -suorituskykyisiä Gr5-titaaniseoslevyjä. Eripaksuisten levyjen mikrorakenteessa ja mekaanisissa ominaisuuksissa on merkittäviä eroja: 3,0 mm:n keskipaksussa{4}}levyssä on tasaakselinen +liuskarakenne, jonka raekoko on 8-12 μm, huoneenlämpötilan vetolujuus 898 MPa ja murtumavenymä 17 %; 0,5 mm:n ultra-ohut levy muodostaa erittäin hienon +verkkorakenteen, jonka raekoko on 2–5 μm, vetolujuus kasvaa 1035 MPa:iin ja murtuman jälkeinen venymä säilyy 16,5 %:ssa, mikä saavuttaa hyvän lujuuden ja korkean plastisuuden yhdistelmän.

 

Paksuus-hallitsevat valssauksen muodonmuutos- ja prosessiparametrit ovat mikrorakenteen hallinnan ydin: suuren pelkistyksen kylmävalssauksen ja segmentoidun hehkutuksen yhdistetty prosessi on avain 0,5 mm:n levyn rakeiden ultra-jalostukseen, kun taas keskilämpötilan kuumavalssaus ja pieni pelkistys kylmävalssauksen ominaispiirteet määrittävät 3 mm:n rakenteen. verhouskerroksella on rooli muodonmuutosten tasaisuuden parantamisessa ja vikojen muodostumisen estämisessä molempien levypaksuuksien valmistuksessa.

 

3,0 mm:n keskipaksu{1}}levy, jolla on hyvä plastisuus ja kohtalainen lujuus, soveltuu kantaviin komponentteihin, kuten ilmailu- ja avaruusalan rakenneosiin ja meriteknisiin putkilinjoihin. 0,5 mm:n ultra-ohutta levyä, jolla on erinomainen ominaislujuus ja mittatarkkuus, voidaan käyttää huippuluokan-aloilla, kuten lääketieteellisissä implanteissa (esim. tekonivelholkeissa) ja lentokonemoottorien siipien kevyissä komponenteissa.