Propiedades mecánicas de las forjas de aleación de titanio TC11
Propiedades mecánicas de las forjas de aleación de titanio TC11
Efecto de la microestructura en las propiedades mecánicas de las forjas de aleación de titanio TC11
La aleación de titanio TC11 pertenece a la aleación de titanio martensítica α + β tipo calorífica, y su composición nominal es Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si. Tiene alta resistencia, buen rendimiento a temperatura media, buena resistencia a la corrosión y resistencia a la fatiga. Tiene las ventajas de alta resistencia y se puede fortalecer mediante tratamiento térmico. Es el material principal para la fabricación de motores aeronáuticos, discos de compresores de alta presión y palas, y también se utiliza para fabricar importantes componentes de soporte de presión en aeronaves. La estructura interna de la aleación determina su rendimiento final, y una combinación razonable de estructura y morfología puede mejorar en gran medida las propiedades mecánicas del material. En este trabajo se obtuvieron diferentes microestructuras de fibra mediante el diseño de diferentes procesos de procesamiento térmico y tratamiento térmico, y se estudió y analizó el efecto de la microestructura sobre las propiedades de tracción a temperatura ambiente de las forjas TC11.
1. Materiales y métodos de ensayo
El material utilizado en la prueba es la barra de aleación de titanio TC11, y el punto de transformación es de 1005 ° C-1010 ° C. Las materias primas utilizadas en la prueba se preparan mediante diferentes procesos de procesamiento térmico o tratamiento térmico para obtener diferentes microestructuras. Muestra que el agente corrosivo utilizado en la estructura metalográfica es 10% HF + 30% HNO3 + 70% H2O. Y utilice el software Image-ProPlus para caracterizar cuantitativamente el contenido de la fase de α primaria: luego pruebe las propiedades de tracción a temperatura ambiente. La prueba se llevó a cabo en la máquina de prueba de materiales tipo 1185.
2. Resultados de las pruebas y discusión
2.1 Influencia en las propiedades mecánicas de TC11
Figura 1muestra la microestructura recocida de TC11 con diferentes contenidos equiaxados. Los contenidos de la fase primaria fueron caracterizados cuantitativamente por el software Image-ProPlus. Los contenidos de fase equiaxed fueron 44%, 39%, 32% y 40% en secuencia. Se puede ver en la Figura 1 que los contenidos de las fases primarias H1, H2 y H3 muestran una tendencia decreciente; el contenido de la fase equiaxed H4 es aproximadamente el mismo que el de H2, pero su tamaño y distribución son diferentes. El tamaño de grano dentro de la muestra H2 es uniforme, mientras que la muestra H4 tiene una obvia "estructura de doble conjunto", y hay dos niveles de tamaño de granos equiaxed α.
Figura 2muestra la relación correspondiente entre las propiedades de tracción del invernadero y el contenido de fase equiaxed de tres forjas de titanio TC11 H1, H2 y H3. Se puede ver en la Figura 2 que con el aumento del contenido de fase equiaxed, la resistencia del material disminuye y la plasticidad aumenta ligeramente. Esto se debe a que con el aumento del contenido de fase equiaxed en el material, el contenido de β-transformante disminuye, lo que resulta en una disminución en el contenido de la interfaz de fase α / β, lo que debilita el efecto de fijación de las dislocaciones, reduce la resistencia del material y mejora la plasticidad del material. ; Además, con el aumento del contenido de fase equiaxed, el efecto de distribución de los elementos de aleación dentro del material se intensifica, lo que significa que el contenido de Al de la hoja de α en el transformador de β disminuye en este momento, lo que resulta en una disminución de la resistencia del transformador de β, lo que a su vez conduce a un aumento en la resistencia general. disminuye, mientras que dado que la plasticidad del material no se ve afectada por el comportamiento de rendimiento, depende principalmente del tamaño de los α-clusters. Por lo tanto, el efecto de la distribución de elementos de aleación sobre la plasticidad es muy pequeño; finalmente, con el aumento del contenido de fase equiaxed, la compatibilidad de deformación del material aumenta, lo que resulta en un ligero aumento de la plasticidad. El efecto combinado de estos tres da como resultado una disminución en la resistencia del material y un ligero aumento en la plasticidad con un aumento en el contenido de fase equiaxed.
Cuadro 1muestra la comparación de las propiedades de tracción a temperatura ambiente de H2 y H4. Se puede ver en la Tabla 1 que el límite elástico y el alargamiento de la muestra H4 son significativamente mejores que los de H2, y la resistencia a la tracción y la contracción del área son básicamente las mismas. Se puede ver en el análisis de microestructura que el tamaño de grano promedio de la muestra H4 es menor que el de la muestra H2. De acuerdo con la fórmula de Hall-Petch: se puede ver que cuanto menor es el tamaño promedio del grano, mayor es el límite elástico del material. Esto se debe a que el número de límites de grano aumenta en este momento, lo que resulta en un aumento en la resistencia al movimiento de dislocación, lo que aumenta la resistencia a la deformación del metal; por otro lado, la disminución en el tamaño promedio del grano significa que el número de granos aumenta, lo que resulta en la deformación plástica del material Se puede dispersar en más granos, de modo que la coordinación de la deformación del material aumenta, lo que resulta en un aumento en el alargamiento.
2.2 El efecto de la α de láminas secundarias sobre las propiedades mecánicas de TC11
En la Figura 3, H5 y H6 son las microestructuras después de ser enfriadas por diferentes medios de enfriamiento a la misma temperatura de recocido. La caracterización cuantitativa del contenido de la fase primaria por el software Image-ProPlus muestra que el contenido de la fase es aproximadamente el mismo, aproximadamente el 30%, y el tamaño del administrador es de aproximadamente 14.8um. Se puede ver en la Figura 3 que las muestras H5 y H6 tienen una morfología obvia de fase α en las láminas secundarias. La fase α de las láminas secundarias en la muestra H5 es corta en forma de varilla, con una relación de aspecto más pequeña; las láminas secundarias en la muestra H6 tienen forma de aguja fina, y la relación de aspecto es mayor que la de la muestra H5.
La Tabla 2 muestra la comparación de las propiedades de tracción a temperatura ambiente de H6 y H5. Se puede ver en la Tabla 2 que la fuerza de la muestra H6 es significativamente mejor que la de la muestra H5, pero su elongación y contracción del área disminuyen ligeramente.
En el caso de un determinado contenido, la proporción de β-transformador también se fija en consecuencia. Geométricamente hablando, el área de superficie esférica es la más pequeña para el mismo volumen. Como la lámina α dentro del transformador de β está más separada de la forma equiaxed, es decir, cuanto mayor sea la relación de aspecto, mayor será la relación de área de superficie y mayor será la interfaz de fase. El efecto de fijación de la interfaz de fase en las dislocaciones limita el deslizamiento de las dislocaciones dentro de los granos, lo que resulta en un aumento de la resistencia de las dislocaciones cuando se mueven, lo que aumenta la resistencia a la deformación del metal, aumentando así la resistencia del material y disminuyendo su plasticidad.
3. Conclusión
(1) Con el aumento del contenido de fase, la resistencia del material disminuye y la plasticidad aumenta ligeramente; la disminución del tamaño medio de grano de la fase equiaxed es beneficiosa para mejorar la fuerte plasticidad del material.
(2) Con el aumento de la relación de aspecto de la fase α de las láminas secundarias, la resistencia del material aumenta y la plasticidad disminuye.
