Titanium legeringenhebben een breed scala aan toepassingen in de lucht- en ruimtevaart-, medische apparatuur- en chemische industrie, met name de TC4-titaniumlegering, waarvan de uitstekende uitgebreide prestaties het tot een belangrijk materiaal op deze gebieden maken. Dit artikel analyseert voornamelijk de aanhoudende prestaties van de TC4-titaniumlegering en het smeltproces ervan, en bespreekt de belangrijkste factoren die de prestaties ervan beïnvloeden.
1. Basissamenstelling en microstructuur van TC4 titaniumlegering
TC4 titaniumlegering, ook bekend als Ti-6Al-4V-legering, bestaat voornamelijk uit titanium (Ti), aluminium (Al) en vanadium (V), waarvan het aluminiumgehalte 6% en het vanadiumgehalte 4% is. De legering behoort tot het + type titaniumlegering met uitstekende uitgebreide mechanische eigenschappen. TC4 titaniumlegering vertoont voornamelijk het naast elkaar bestaan van -fase en -fase bij kamertemperatuur, terwijl de microstructuur aanzienlijk verandert onder verschillende warmtebehandelings- en verwerkingsomstandigheden.
De microstructuur heeft een significante invloed op de persistentie-eigenschappen van TC4-legeringen. De verdeling en morfologie van de -- en --fasen kunnen worden aangepast door de organisatie in de gegoten of gesmeede staat te controleren, waardoor de uithoudingsvermogen en taaiheid van het materiaal effectief kunnen worden verbeterd. Uit het onderzoek blijkt dat wanneer de -fase een uniforme verdeling vertoont en de afmetingen klein zijn, de duurzame prestaties van de legering het beste zijn.
2. Analyse van de duurzaamheid van TC4titanium legering
Duurzaamheid is een indicator van het vermogen van een materiaal om zijn sterkte gedurende lange tijd te behouden bij hoge temperaturen en onder spanning, wat vooral belangrijk is voor toepassingen in omgevingen met hoge- temperaturen en hoge- druk, zoals de lucht- en ruimtevaart, enz. TC4-titaanlegeringen behouden een goed uithoudingsvermogen bij temperaturen tot 500 graden. De legeringen worden ook gekenmerkt door hun hoge sterkte en ductiliteit, wat een sleutelfactor is bij de ontwikkeling van de legering.
Volgens experimentele gegevens heeft de TC4-legering een hoge kruipweerstand met een blijvende sterkte tot 550 MPa bij 400 graden. De TC4 titaniumlegering heeft ook een hoge kruipweerstand bij 500 graden. Bij 500 graden neemt de uithoudingsvermogen af tot 400 MPa, wat een goede stabiliteit bij hoge- temperaturen laat zien. Bij 650 graden daalt de uithoudingsvermogen snel tot 250 MPa, wat aangeeft dat de TC4-legering niet langer een aanzienlijk voordeel heeft bij uithoudingsvermogen bij hoge temperaturen in omgevingen boven de 600 graden. De TC4 titaniumlegering heeft een hoge kruipweerstand van 550 MPa, met een hoge kruipweerstand. Daarom is de TC4-titaniumlegering geschikter voor gebruik in de werkomgeving van 400 graden tot 500 graden.
3. Invloed van het smeltproces op de prestaties van de TC4-titaniumlegering
Het smeltproces is een van de belangrijkste factoren om de eigenschappen van de TC4-titaniumlegering te bepalen. Veelgebruikte smeltmethoden zijn onder meer zelf-vacuümverbruik, vlamboogovensmelten (VAR) en elektronenbundelsmelten (EBM). Verschillende smeltprocessen hebben aanzienlijke effecten op de zuiverheid, microstructuur en insluitsels van de legering.
VAR-smelten: dit proces wordt uitgevoerd onder vacuümomstandigheden, waardoor gasinsluitsels effectief kunnen worden verminderd en titaniumlegeringen met hoge-zuiverheid kunnen worden geproduceerd. de door VAR gesmolten TC4-legering heeft een fijne en uniforme korrelstructuur en de duurzaamheid is beter. Vanwege de langzame afkoelsnelheid tijdens het VAR-smelten kan de korrelgrootte groot zijn, waardoor de mechanische eigenschappen van de legering worden beïnvloed.
EBM-smelten: EBM-smelten heeft een hogere energiedichtheid en een snellere smeltsnelheid, waardoor het gasgehalte en de onzuiverheden in de legering aanzienlijk kunnen worden verminderd. de TC4-legering geproduceerd door EBM-smelten heeft fijnere korrels en een betere duurzaamheid, maar de apparatuurkosten zijn hoger en het productieproces is relatief complex.
4. Controle van het zuurstofgehalte tijdens het smeltproces
Het zuurstofgehalte heeft een directe invloed op de prestaties van de TC4-titaniumlegering. Studies hebben aangetoond dat voor elke 0,1% toename van het zuurstofgehalte de sterkte van de legering met ongeveer 100 MPa kan toenemen, maar dat de taaiheid aanzienlijk wordt verminderd. Het beheersen van het zuurstofgehalte in het smeltproces is de sleutel tot het verbeteren van de uitgebreide prestaties van de TC4-titaniumlegering. Bij VAR-smelten wordt het zuurstofgehalte van de legering doorgaans onder de 0,1% gehouden, terwijl EBM-smelten doorgaans een lager zuurstofgehalte heeft vanwege het hogere vacuüm.
Bij de daadwerkelijke productie kan door het optimaliseren van het smeltproces, zoals het verhogen van het aantal raffinagetijden of het aanpassen van de smeltatmosfeer, het zuurstofgehalte verder worden verlaagd om de taaiheid en duurzaamheid van de legering te verbeteren.
5. Impact van de zuiverheid en insluitsels van legering op de prestaties
De zuiverheid en insluitsels van de legering zijn belangrijke factoren bij het bepalen van de duurzaamheid van de TC4-titaniumlegering. De aanwezigheid van insluitsels zoals oxiden en nitriden kan bij hoge temperaturen leiden tot spanningsconcentraties in de legering, wat op zijn beurt de duurzaamheid ervan vermindert. Door het smelt- en raffinageproces te optimaliseren, kan het gehalte aan insluitsels effectief worden verminderd en kan de zuiverheid van de legering worden verbeterd, waardoor de duurzaamheid van de TC4-titaniumlegering aanzienlijk wordt verbeterd.
6. Optimalisatie van het warmtebehandelingsproces op duurzaamheidsprestaties
Naast het smeltproces is het warmtebehandelingsproces ook een belangrijke stap om de duurzaamheid van de TC4 titaniumlegering te verbeteren. Veel voorkomende warmtebehandelingsmethoden zijn onder meer gloeien, blussen en veroudering. Door een redelijke warmtebehandeling kan de microstructuur van de legering worden geoptimaliseerd, kan de restspanning worden verminderd en kunnen de uitgebreide prestaties van de legering worden verbeterd.
Studies hebben aangetoond dat de uithoudingsvermogen van TC4titanium legeringkan worden verhoogd tot meer dan 600 MPa bij een temperatuur van 400 graden door gebruik te maken van een dubbel gloei- en verouderingsbehandelingsproces. Dit warmtebehandelingsproces verbetert de kruipweerstand van de legering door de verfijning en homogenisering van de verdeling van de -fase te bevorderen, waardoor de legering geschikt wordt voor langdurig gebruik in omgevingen met hoge- temperaturen.
