مقدمة
تتميز سبائك التيتانيوم بمزايا الوزن الخفيف والقوة النوعية العالية والمقاومة الجيدة للحرارة والمقاومة الممتازة للتآكل، وتستخدم على نطاق واسع في الدفاع الوطني والصناعة العسكرية والاقتصاد الوطني. يعد شكل البنية المجهرية عاملاً حاسماً يؤثر على أداء سبائك التيتانيوم، والذي يعتمد بشكل أساسي على التركيب الكيميائي وعملية الحدادة وطريقة المعالجة الحرارية. عندما يتم إصلاح التركيب الكيميائي، يتم تحديد جودة مطروقات سبائك التيتانيوم بشكل أساسي من خلال عملية الحدادة، أي أنه من الصعب تحسين البنية المجهرية الضعيفة التي تشكلت أثناء عملية الحدادة من خلال عمليات المعالجة الحرارية اللاحقة. في الوقت نفسه، تعتبر سبائك التيتانيوم حساسة للغاية لتزوير معلمات العملية. تؤثر درجة حرارة الحدادة على -سلوك تحول طور الحالة الصلبة لسبائك التيتانيوم، كما تؤثر درجة التشوه ومعدل التشوه أيضًا على نسبة الطور والطور وشكلهما وحجمهما وتوزيعهما.
TC4 (Ti-6Al-4V) عبارة عن سبيكة تيتانيوم مارتنسيتية متساوية المحاور ثنائية الطور تم تطويرها لأول مرة بواسطة الولايات المتحدة في عام 1954. وتتميز بأداء شامل ممتاز وأداء معالجة وتستخدم بشكل أساسي لتصنيع المكونات الحاملة مثل المراوح وأقراص الضاغط وشفرات المحركات الهوائية. لقد أصبحت الآن سبيكة تيتانيوم مستخدمة على نطاق واسع في العالم. يمكن تصنيف بنيتها المجهرية إلى أربعة أنواع: البنية الثنائية، والبنية المتساوية المحور، والبنية الصفائحية، وبنية السلة. تتوافق أنواع البنية المجهرية المختلفة مع الخواص الميكانيكية المختلفة. لذلك، فإن دراسة تأثير عمليات الحدادة المختلفة على البنية المجهرية وخصائص سبائك التيتانيوم TC4 لها أهمية هندسية مهمة.
1. المواد والأساليب التجريبية
تم اختيار درجة حرارة الحدادة ودرجة التشوه كمعلمات متغيرة لعملية الحدادة. بناءً على درجة حرارة التحول (+)/ الطور لسبائك التيتانيوم TC4 (985~990 درجة)، تم تحديد أربع درجات حرارة للتزوير. كانت العمليات من 1 إلى 4 + تزوير، وكانت العملية 5 قريبة من- تزوير، وكانت العملية 6 تزويرًا. تم اختيار ثلاث درجات تشوه مختلفة على أساس درجة حرارة الحدادة البالغة 950 درجة لاستكشاف مقدار التشوه الأمثل للتزوير التقليدي +.
يبلغ حجم القطعة الفردية- الفارغة من قضيب سبائك التيتانيوم TC4 150 مم. بعد التسخين، تم تشكيل الشريط وتسويته على طول الاتجاه الشعاعي. كانت عملية المعالجة الحرارية بعد التلدين بالطرق (720±10) درجة ×1h+AC، بهدف القضاء على الإجهاد الداخلي وتحسين اللدونة واستقرار البنية المجهرية.
تمت ملاحظة البنية المجهرية وتحليلها باستخدام المجهر الضوئي. تم قطع العينات المعدنية عن طريق قطع الأسلاك، ودمجها، وطحنها، وصقلها للحصول على العينات. كان النقش عبارة عن محلول كحول حمض النيتريك بنسبة 3٪. وفقًا لمتطلبات GB/T228.1-2010 وGB/T30758-2014، تم تصميم عينات الاختبار ومعالجتها. تم اختبار خصائص الشد ومعامل المرونة ونسبة بواسون باستخدام آلة اختبار الشد EBS-3000 وجهاز اختبار معامل المرونة IET-01، على التوالي. وكانت نتائج الاختبار متوسط ثلاثة قياسات. تمت ملاحظة مورفولوجيا كسر الشد وتحليلها باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح. تم اختبار صلابة برينل وفقًا للمعيار GB/T231.1-2009. كانت معدات الاختبار عبارة عن جهاز اختبار الصلابة الرقمي HBS-3000. كانت قوة الاختبار 612.5 نيوتن وكان وقت الاحتفاظ بالضغط 15 ثانية. وكانت نتائج الاختبار عبارة عن متوسط ثلاث نقاط قياس في نفس موضع كل عينة.
3 الاستنتاج
قام هذا البحث بتحليل تأثير عمليات الحدادة المختلفة على البنية المجهرية، وخصائص الشد، وشكل كسر الشد، والصلابة الدقيقة لسبائك التيتانيوم TC4، وتم استخلاص الاستنتاجات التالية:
(1) عندما كانت درجة حرارة الحدادة 920 و 950 درجة، تم الحصول على أربعة أنواع من الهياكل متساوية المحاور؛ عندما كانت درجة حرارة تزوير 985 درجة، تم الحصول على هيكل ثنائي؛ عندما كانت درجة حرارة تزوير 1020 درجة، تم الحصول على هيكل رقائقي. يختلف حجم ونسبة الحبوب الأولية وشكل الحبوب الثانوية بشكل كبير مع درجة حرارة الحدادة ودرجة التشوه.
(2) كان للهيكل المتساوي القوة قوة أقل قليلاً ولكن قدرة أفضل على تشوه البلاستيك؛ كان الهيكل الصفائحي يتمتع بأعلى قوة، ولكن بسبب "الهشاشة"، كانت قدرته على التشوه البلاستيكي ضعيفة؛ كان الهيكل ثنائي النسق يوازن بين القوة العالية واللدونة، وكان أدائه الشامل أفضل من أداء الهيكل المتساوي المحور، مما يشير إلى أن المحتوى العالي بشكل مفرط من الأولي المتساوي المحور من شأنه أن يمنع الخواص الميكانيكية لـ TC4.
(3) لم تظهر أسطح كسر الشد للبنى المجهرية الستة تقريبًا أي منطقة شعاعية، مما يشير إلى مرونة وصلابة جيدة، وهو ما كان متسقًا مع التخفيض الكبير للمساحة والاستطالة. أظهر الهيكل متساوي المحاور آلية كسر مطيلة، في حين أظهرت الهياكل ثنائية النسق والصفائحية آلية كسر شبه انقسام -.
(4) تزداد الصلابة مع زيادة درجة حرارة الحدادة ودرجة التشوه. تحت نفس درجة التشوه، عندما زادت درجة حرارة الحدادة من 950 درجة إلى 1020 درجة، زادت الصلابة بنسبة 8.5%؛ تحت نفس درجة حرارة الحدادة، عندما زادت درجة التشوه من 10.7% إلى 69.6%، زادت الصلابة بنسبة 4.8%.