소개
티타늄 합금은 경량, 높은 비강도, 우수한 내열성, 우수한 내식성 등의 장점을 갖고 있으며 국방, 군사 산업 및 국민 경제에 널리 사용됩니다. 미세구조 형태는 티타늄 합금의 성능에 영향을 미치는 결정적인 요소이며 주로 화학 조성, 단조 공정 및 열처리 방법에 따라 달라집니다. 화학 조성이 고정되면 티타늄 합금 단조품의 품질은 주로 단조 공정에 의해 결정됩니다. 즉, 단조 공정 중에 형성된 열악한 미세 구조는 후속 열처리 공정으로 개선되기 어렵습니다. 동시에 티타늄 합금은 단조 공정 매개변수에 매우 민감합니다. 단조 온도는 티타늄 합금의 고체-상 변태 거동에 영향을 미치며, 변형 정도와 변형 속도도 상과 상의 비율, 형태, 크기 및 분포에 영향을 줍니다.
TC4(Ti-6Al-4V)는 1954년 미국에서 처음 개발된 등축 마르텐사이트 2상 티타늄 합금입니다. 종합 성능과 가공 성능이 우수하며 주로 팬, 압축기 디스크, 항공기 엔진 블레이드 등 내하중 부품 제조에 사용됩니다. 이제 세계에서 널리 사용되는 티타늄 합금이 되었습니다. 미세구조는 바이모달 구조, 등축 구조, 라멜라 구조, 바스켓 구조 등 4가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 다양한 미세구조 유형은 다양한 기계적 특성에 해당합니다. 따라서 TC4 티타늄 합금의 미세 구조 및 특성에 대한 다양한 단조 공정의 영향을 연구하는 것은 중요한 공학적 중요성을 갖습니다.
1. 실험재료 및 방법
단조 공정의 변수 매개변수로는 단조 온도와 변형 정도가 선택되었습니다. TC4 티타늄합금의 (+)/상변태온도(985~990도)를 기준으로 4가지 단조온도를 결정하였다. 공정 1~4는 +단조, 공정 5는 단조에 가깝고, 공정 6은 단조에 가깝습니다. 기존+단조에 대한 최적의 변형량을 탐색하기 위해 단조 온도 950도를 기준으로 세 가지 변형 정도를 선택했습니다.
TC4 티타늄 합금 바의 단일{0}}블랭크 크기는 150mm였습니다. 가열 후 막대를 단조하고 반경 방향을 따라 편평하게 만들었습니다. 단조 후 -단조 열처리 공정은 (720±10)도 ×1h+AC로 내부 응력 제거, 가소성 및 미세 구조의 안정성 향상을 목표로 합니다.
미세구조는 광학현미경을 이용하여 관찰 및 분석하였다. 금속 조직 샘플을 와이어 절단으로 절단하고, 매립하고, 연마하고 연마하여 샘플을 얻었습니다. 에칭액은 3% 질산알코올 용액이었다. GB/T228.1-2010 및 GB/T30758-2014의 요구 사항에 따라 테스트 표본을 설계하고 가공했습니다. 인장 특성, 탄성률 및 포아송 비는 각각 EBS-3000 인장 시험기와 IET-01 탄성률 시험기를 사용하여 테스트되었습니다. 테스트 결과는 3회 측정의 평균이었습니다. 인장파괴 형태를 주사전자현미경을 이용하여 관찰하고 분석하였다. 브리넬 경도는 GB/T231.1-2009에 따라 테스트되었습니다. 시험장비는 HBS-3000 디지털 경도시험기였다. 테스트 힘은 612.5N이었고 압력 유지 시간은 15초였습니다. 테스트 결과는 각 샘플의 동일한 위치에서 3개의 측정 지점을 평균한 것입니다.
3 결론
이 논문에서는 다양한 단조 공정이 TC4 티타늄 합금의 미세 구조, 인장 특성, 인장 파괴 형태 및 미세 경도에 미치는 영향을 분석하여 다음과 같은 결론을 도출했습니다.
(1) 단조 온도가 920도와 950도일 때 4가지 종류의 등축 구조가 얻어졌다. 단조 온도가 985도일 때 이중 모드 구조가 얻어졌습니다. 단조 온도가 1020도일 때 라멜라 구조가 얻어졌다. 1차 결정립의 크기와 부피 비율, 2차 결정립의 형태는 단조 온도와 변형 정도에 따라 크게 달라졌다.
(2) 등축 구조는 강도가 약간 낮았지만 소성 변형 능력은 더 우수했습니다. 라멜라 구조는 강도가 가장 높지만 "취성"으로 인해 소성 변형 능력이 좋지 않습니다. 바이모달 구조는 높은 강도와 가소성의 균형을 이루었으며 종합 성능은 등축 구조보다 우수하여 등축 일차 함량이 과도하게 높으면 TC4의 기계적 특성이 저해될 수 있음을 나타냅니다.
(3) 6개 미세구조물의 인장 파단면에는 방사상 영역이 거의 나타나지 않았으며, 이는 우수한 가소성과 인성을 나타내며, 이는 높은 면적 감소 및 연신율과 일치합니다. 등축 구조는 연성 파괴 메커니즘을 나타내는 반면, 이중 모드 및 라멜라 구조는 준-벽개 파괴 메커니즘을 나타냅니다.
(4) 단조 온도 및 변형 정도가 증가함에 따라 경도가 증가하였다. 동일한 변형 정도에서 단조 온도가 950도에서 1020도로 증가하면 경도가 8.5% 증가합니다. 동일한 단조 온도에서 변형 정도가 10.7%에서 69.6%로 증가하면 경도가 4.8% 증가했습니다.