«Приближение к титановым сплавам»: титановый сплав TC4

Титановый сплав TC4 (Ti-6Al-4V) представляет собой типичный двухфазный титановый сплав альфа + бета и в настоящее время является наиболее широко используемым и хорошо развитым титановым сплавом. Этот сплав охарактеризован своими низкой плотностью, высокой удельной прочностью, хорошей термической стабильностью, и превосходным велдабилиты, делая его сильно эффективным для различных применений. Он широко используется в качестве несущего конструкционного материала в аэрокосмической, морской, автомобильной и электротехнической промышленности. Например, в аэрокосмической промышленности титановый сплав TC4 может использоваться для изготовления оболочек космических ракет, лопастей вентиляторов авиационных двигателей, различных балок, рам, слайдов, балок шасси и других основных несущих конструктивных элементов, а также различных типов крепежа.

Производительность материала определяется его микроструктурой, а различные типы микроструктур определяют различные механические свойства, что позволяет применять их в различных рабочих средах. Титановый сплав TC4 очень чувствителен к изменениям микроструктуры в результате процессов термообработки. Различные характеристики микроструктур, такие как соотношение, морфология и распределение двух фаз, могут быть достигнуты путем термообработки и обработки деформации. Общие микроструктуры титанового сплава TC4 включают следующие четыре типа: равноосные, плетеные, бимодальные и видманштеттеновые структуры, как показано на рисунке ниже.

1) равноосная структура:
Эквиосная структура характеризуется наличием более 30% эквиосной альфа-фазы, распределенной по бета-трансформированной матрице. Эта структура обычно формируется при температурах на 30-100 ° С ниже температуры бета-перехода после достаточного рекристаллизационного отжига и существенной пластической деформации. Чем ниже температура отжига и чем обширнее пластическая деформация, тем тоньше и выше доля равноосных зерен альфа-фазы. Эквиаксиед структура имеет превосходные общие характеристики и широко использована сегодня, предлагая высокую удлиненность, тарифы уменьшения поперечного сечения, и превосходную пластичность. Однако он обладает плохой ударопрочностью, высокими температурными характеристиками, ударной вязкостью и прочностью на ползучесть.

2) Структура баскетбольного плетения:
Структура плетеного плетения имеет переплетенные пластинчатые альфа-фазы, распределенные по бета-преобразованной матрице, образуя общий узор, похожий на корзину. Эта структура обычно образуется при нагревании или деформации в бета-фазовой области, и деформация прекращается в альфа-+ бета-двухфазной области. Если есть значительная деформация в двухфазной области, короткая пластинчатая альфа-фаза сфероидизируется, образуя равноосную структуру. Структура basketweave имеет высокую прочность ползучести и хорошее сопротивление ползучести, с превосходной термальной прочностью, делая ее соответствующей для произведения компонентов используемых на высоких температурах в течение длительных периодов. Кроме того, этот тип конструкции имеет низкую скорость роста усталостных трещин, что делает его подходящим для структурных компонентов с высокими требованиями к допуску повреждений. Однако структура плетеного плетения имеет плохую пластичность и низкую термическую стабильность и может проявлять «бета-хрупкость». Способ избежать этого-сократить время нагрева и температуру в области бета-фазы и уменьшить размер исходных бета-зерен.

3) Бимодальная структура:
Бимодальные структуры состоят из двух типов микроструктур: одна-равноосная альфа-фаза с содержанием не более 30%; другая-бета-трансформированная структура, с пластинчатой альфа-и бета-фазами, расположенными поочередно. Эта структура обычно получается путем отжига или деформации при высоких температурах в двухфазной области альфа + бета. Поскольку бимодальная структура проявляет морфологические характеристики как равноосной, так и корзиночной структуры.Es, он также сочетает в себе преимущества производительности обоих. Сравненный к екиаксед структуре, бимодальная структура имеет более высокую твердость трещиноватости, сопротивление усталости, прочность ползучести, и долгосрочную прочность. Сравненный к структуре basketweave, бимодальная структура предлагает лучшую пластичность, сопротивление жары, прочность комнатной температуры, и сопротивление усталости.

4) Видманштаттен Структура:
В структуре Widmanstätten четко видны исходные грубые границы бета-зерен. Бета-зерна состоят из чередующихся пластинчатых альфа-и бета-фаз, расположенных в бета-трансформированной структуре, причем пластинчатая альфа-фаза является тонкой, прямой и имеет высокое соотношение сторон с параллельным расположением. Этот тип структуры образуется, когда температура нагрева в бета-однофазной области слишком высока и степень деформации низкая, с последующим медленным охлаждением. Структура Widmanstätten обладает отличной устойчивостью к ползучести, длительной прочностью и вязкостью к разрушению. Однако из-за наличия грубых исходных бета-зерен и непрерывных границ альфа-зерен его пластичность очень плохая, подобно перегретым структурам в стали. Этого следует избегать как можно больше в реальных производственных процессах.