Jaký je vliv procesu válcování plátovaného plechu na plechy z titanové slitiny Gr5?

 

Jako typická + duplexní titanová slitina,Gr5 slitina titanu (Ti-6Al-4V)těží z opláštění a válcování technologie. Tato technologie využívá kovovou plátovací vrstvu ke zlepšení rovnoměrnosti válcovací síly a účinně řeší problém praskání hran při velkém redukčním zpracování titanové slitiny. Poskytuje vhodnou cestu pro vysoce-výkonnou přípravu plechů s různými tloušťkami. 0,5 mm ultra-tenký plech se často používá v přesných součástech a lékařských implantátech, zatímco 3,0 mm středně silný- plech se většinou používá v konstrukčních nosných-dílech. V rámci procesu plátování a válcování tato studie zkoumá zákon vývoje mikrostruktury a rozdíly v mechanických vlastnostech plechů z titanové slitiny Gr5 o tloušťce 0,5 mm a 3,0 mm a odhaluje vnitřní korelaci mezi parametry tloušťky a výkonností procesu.

 

I.Experimentální schéma

 

Suroviny a příprava vzorků

Pro experiment byly vybrány ingoty z titanové slitiny Gr5 průmyslové{0}}třídy. Jejich hlavní chemické složení (hmotnostní zlomek) je: Al 5,8 %, V 4,2 %, Fe 0,15 %, O 0,12 % a zbytek tvoří Ti, který splňuje požadavky normy ASTM B348. Po homogenizačním žíhání při 1050 stupních (oblast) po dobu 4 hodin byl ingot vykován do 15 mm-tloušťky za tepla-válcovaného polotovaru. Jako obkladový materiál byl použit ocelový plech Q235 (tloušťka 2 mm). Svařování argonovým obloukem bylo použito k sestavení a svaření polotovaru z titanové slitiny a plátovací ocelové desky do uzavřeného laminovaného válcovacího balíku, což zajistilo, že titanová slitina nepřijde během procesu válcování do přímého kontaktu se vzduchem, aby se zabránilo oxidační kontaminaci.

Rozdílné procesy válcování pro dvě cílové tloušťky:

 

• Plech o tloušťce 3,0 mm: Plátovaný válcovaný balík byl zahříván a izolován při 930 stupních (část se střední teplotou + duplexní oblast) po dobu 2 hodin, válcován za tepla-na 3,5 mm jediným teplem, poté podroben rekrystalizačnímu žíhání při 800 stupních po dobu 1 hodiny, aby se odstranilo napětí při válcování a zjemnila se struktura, a nakonec tloušťka 38 mm válcována za studena{2} válcována s mírou snížení válcování za studena asi 14 %.
• 0,5mm plech: Použití 3,0mm plechu jako polotovaru, po povrchovém otryskání byl přijat proces válcování za studena při pokojové teplotě, aby se dosáhlo cílové tloušťky prostřednictvím 20 průchodů progresivního válcování s celkovou mírou redukce 83 %. Žíhání s odlehčením od pnutí při nízké teplotě při 650 stupních po dobu 30 minut bylo prováděno každých 5 průchodů, aby se zabránilo prasklinám během válcování.

 

Obě tloušťky plechů byly nakonec podrobeny vakuovému žíhání při 650 stupních po dobu 1 hodiny, aby se eliminovalo konečné namáhání tvářením za studena a zajistila se strukturální stabilita.

 

Testovací metody

Testovací zařízení: OM&TEM

 

Charakterizace mikrostruktury byla provedena pomocí optického mikroskopu OLYMPUS GX71 (OM) a transmisního elektronového mikroskopu FEI Tecnai G2 F20 (TEM). Po broušení a leštění byly vzorky leptány Krollovým činidlem (HF:HNO₃:H2O=1:3:10) po dobu 5-8s, aby se zobrazila metalografická struktura. Vzorky TEM byly připraveny dvojitým rozprašováním elektrolytickým leštěním pracovní kapalinou methanol:kyselina dusičná=3:1 při -20 stupních.

Zkoušky mechanických vlastností byly provedeny v souladu s normami ASTM E8/E8M na univerzálním zkušebním stroji Instron 5969 pro tahové zkoušky při pokojové teplotě při rychlosti tahu 2 mm/min. Pro každou tloušťku byly odebrány tři paralelní vzorky a jako konečný výsledek byla použita průměrná hodnota. Mikrotvrdost byla testována pomocí tvrdoměru ZWICK/Roell ZHV30 Vickers se zátěží 100g a výdrží 15s. Pro každý vzorek bylo testováno deset bodů a po odstranění maximální a minimální hodnoty byla vzata průměrná hodnota.

 

II.Experimentální výsledky a analýza

 

Makrostruktura a velikost zrna

Obě tloušťky plechů ze slitiny titanu mají + duplexní strukturu, ale jsou zde značné rozdíly ve velikosti zrna, rozložení fází a mechanismu tvorby způsobené tloušťkou (rozdíly v technologii zpracování).

 

mikrofotografie asi 0,5 mm a 3,0 mm titanový plech

 

Parametr	3,0 mm střední-tloušťka plechu	0,5 mm ultra-tenký plech
Velikost zrna	8–12 μm (hrubé rovnoosé)	2–5 μm (ultra-jemné)
Rozdělení fází	Nespojité (pásy/ostrovy)	Kontinuální (síť + rozptýlené sraženiny)
Základní mechanismus	Válcování za střední-teploty + válcování za střední teploty za studena	Velké redukce válcování za studena + nízkoteplotní-žíhání

 

 

Porovnání mechanických vlastností

Tloušťka plechu (mm)	Pevnost v tahu Rm (MPa)	Mez kluzu Rp0,2 (MPa)	Prodloužení po zlomenině A (%)	Mikrotvrdost HV
3.0	898	840	17.7	260
0.5	1035	980	16.5	320
Míra zlepšení výkonu (%)	15.2	16.7	-1.2	23.1

 

III.Závěry

Proces válcování povlaku dokáže efektivně připravit-výkonné plechy z titanové slitiny Gr5. Existují významné rozdíly v mikrostruktuře a mechanických vlastnostech plechů s různými tloušťkami: 3,0 mm středně-tloušťka plechu představuje rovnoosou + pásovou strukturu se zrnitostí 8-12μm, pevností v tahu při pokojové teplotě 898 MPa a prodloužením po přetržení 17,7 %; 0,5mm ultra-tenký plech tvoří ultrajemnou +síťovou strukturu se zrnitostí 2–5μm, pevnost v tahu je zvýšena na 1035MPa a prodloužení po přetržení je udržováno na 16,5 %, čímž je dosaženo dobré kombinace vysoké pevnosti a vysoké plasticity.

 

Deformace při válcování s dominantní tloušťkou- a parametry procesu jsou jádrem kontroly mikrostruktury: kombinovaný proces válcování za studena s velkou redukcí a segmentového žíhání je klíčem k dosažení ultra{1}}zjemnění zrna 0,5 mm plechu, zatímco válcování za tepla při střední-teplotě a válcování za studena s malou redukcí určují hrubou rovnoosou strukturu zrna 3 mm.0 plátovací vrstva hraje roli ve zlepšení stejnoměrnosti deformace a inhibici tvorby defektů při přípravě plechů obou tlouštěk.

 

3,0 mm středně silná-plechovka s dobrou plasticitou a střední pevností je vhodná pro nosné-komponenty, jako jsou konstrukční části leteckého průmyslu a potrubí námořní techniky; 0,5 mm ultra-tenký plech se svou vynikající měrnou pevností a rozměrovou přesností lze použít ve špičkových -oborech, jako jsou lékařské implantáty (např. umělá kloubní pouzdra) a lehké součásti lopatek leteckých-motorů.