بخشی از مقاله
چکیده
پس از فرآوری شمش ریختگی، همگنسازی و نورد گرم اولیه آلیاژ - SP-700 - Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe در دمای 850°C - منطقه دوفاز / - ، به منظور تعیین سیکل عملیات حرارتی و حصول خواص مکانیکی مطلوب، آنیل محلولی در محدوده دمایی 650-900°C با فواصل دمایی 50 درجه به مدت یک ساعت انجام شد. نتایج نشان داد که پس از نورد گرم اولیه شمش ریختگی در منطقه دوفاز بدلیل ایجاد ساختار لایهای با ضخامت کمتر از 2، خواص مکانیکی آلیاژ SP-700 بهبود مییابد.
همچنین با افزایش دمای آنیل محلولی بیشینه استحکام کششی - UTS - آلیاژ SP-700 از حدود 1004MPa تا 1339MPa افزایش مییابد. درحالیکه تغییرات تنش تسلیم آلیاژ اندک بوده و در محدوده 960-1025MPa قرار دارد. میزان کاهش سطح مقطع آلیاژ در حالت آنیل شده، در محدوده 5-42/5 درصد بوده و بیشینه ازدیاد طول در دمای آنیل 700 درجه سانتیگراد حدود 14/5 درصد است. درحالیکه در شرایط همگنسازی شده، میزان ازدیاد طول کمتر از 5 درصد بود. در شرایط بهینه آنیل، استحکام تسلیم 1005MPa، بیشینه استحکام کششی حدود 1070MPa و کاهش سطح مقطع بیش از 42 درصد بود. علت افت داکتیلیتی در محدوده دمایی 850- 900°C، ناشی از تغییر مورفولوژی فاز آلفای لایهای و افزایش میزان عناصر آلیاژی در زمینه بتا است. پس از تعیین دمای بهینه آنیل - 700°C - ، دمای 630°C با استحکام تسلیم 999/8MPa و ازدیاد طول 13/9 درصد به عنوان دمای بهینه پیرسازی پیشنهاد شد.
-1 مقدمه
آلیاژ تیتانیوم دوفازی SP-700 با ترکیب اسمی Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe، سومین آلیاژ تیتانیوم دوفازی پرکاربرد بعد از آلیاژهای Ti-6Al-4V و Ti-6Al-6V-2Sn است .[1] این آلیاژ، یک آلیاژ تیتانیوم دوفازی غنی از فاز بوده که بدلیل خواص سوپرپلاستیک عالی در دماهای پایینتر در مقایسه با آلیاژ Ti-6Al-4V، در سال 1989 توسط شرکت ژاپنی 1NKK معرفی شد .[2] فرآوری آلیاژهای تیتانیوم در مقایسه با سایر مواد مهندسی نظیر فولاد و آلیاژهای آلومینیوم، نسبتاً دشوارتر است و به منظور کنترل ریزساختار و دستیابی به خواص مطلوب، حتماً باید تحت چندین مرحله کارگرم - اولیه و ثانویه - در دماهای بالا - مناطق تکفاز و دوفاز - قرار گیرند. هدف از این فرآیند، ایجاد ریزساختار و خواص مکانیکی مطلوب است.
بنابراین فرآیندهای تغییرشکل گرم آلیاژهای تیتانیوم، همواره یک تکنولوژی روبه رشد و در حال توسعه محسوب میشود .[3] یکی از ویژگیهای مهم آلیاژ SP-700، دستیابی به ریزساختار ریزدانه در محدوده 2-3 میکرون با فرآوری آلیاژ در منطقه دوفازی2 است .[4] از اینرو آلیاژ SP-700 در مقایسه با آلیاژ Ti-6Al-4V، کارپذیری، استحکام کششی و مقاومت خستگی بهتری دارد .[5] در واقع آلیاژ SP-700 یکی از آلیاژهای تیتانیوم موفق به منظور توسعه شکلدهی سوپرپلاستیک است .
[6] در دو دهه گذشته عﻻوه بر قابلیتهای شکلدهی سوپرپلاستیک آلیاژ [7 ,2] SP-700، تحقیقات زیادی در زمینه بهبود خواص مکانیکی [8]، چقرمگی شکست [9] و استحکام خستگی [10] آن انجام گرفته است. بررسیهای اولیه محققین [11] نشان داد که در شرایط آنیل محلولی، استحکام کششی در حالت سرد شده در هوا - AC - بالاتر از حالت سرمایش در آب - WQ - است. با این وجود در یک استحکام یکسان، حالت WQ ازدیاد طول و کاهش سطح مقطع بیشتری دارد.
فوکای و همکارانش [12] در شرایط AC، فاز سوزنی و در شرایط WQ، فاز در زمینه مشاهده گزارش کردهاند. فاز سوزنی در حالت سرمایش در هوا، سبب افزایش استحکام میشود. اما چون فاز در
حالت AC بسیار اندک است، قادر به افزایش استحکام نیست. بنابراین سختی و استحکام در شرایط AC بیشتر از شرایط WQ است. اما سختی پذیری نمونه AC کمتر است و بدلیل رسوب فاز حین سرد کردن، پس از پیرسازی استحکام بالایی حاصل نمیشود. در شرایط کوئنچ در آب، در آلیاژ SP-700 پیرسختی سریع3 مشاهده شده است.
زیرا در شرایط آنیل محلولی، فاز وجود دارد و تنها با 2 دقیقه پیرسازی در دمای 540 درجه سانتیگراد، فاز آلفای ثانویه تشکیل میشود. این واقعیت بیان میکند که فاز مکان مناسبی برای جوانه زنی فاز آلفای ثانویه و در نتیجه رسوب سختی سریع آلیاژ SP-700 است .[12] اما با توجه به اینکه آلیاژ SP-700عمدتاً توسط شرکتهای NKK و 1RMI تولید میشود، دانش فنی تولید آن بویژه در زمینه فرآوری اولیه شمش ریختگی آن تاکنون گزارشی منتشر نشده است. این موضوع به کسب دانش فنی تولید آن مربوط بوده و از اهمیت ویژهای برخوردار است. لذا در این تحقیق، به منظور بهبود خواص مکانیکی آلیاژ SP-700، ابتدا فرآیند نورد گرم اولیه شمش ریختگی در منطقه دوفاز / انجام شد. پس از آن، با توجه به ریزساختار و خواص کششی حاصل از عملیات حرارتی آنیل و پیرسازی در دماهای مختلف، سیکل بهینه جهت فرآوری شمش در منطقه دوفاز مورد بررسی قرار گرفت.
-2 مواد و روش تحقیق
پس از دو مرحله ذوب شمش 10 کیلوگرمی آلیاژ SP-700 در کوره VAR، به منظور برطرف شدن جدایش-ها و ناهمگنیهای ناشی از فرآیند ریختهگری، عملیات حرارتی همگنسازی به مدت 5 ساعت در دمای 1150 درجه سانتیگراد انجام شد. پس از تهیه شمش ریختگی آلیاژ SP-700، ترکیب شیمیایی آن با استفاده از میکروسکوپ SEM مدل TESCAN-VEGA3 مجهز به آنالیز تفکیک انرژی 2 - EDS - مورد بررسی قرار گرفت. همانطورکه در جدول 1 ملاحظه میشود، ترکیب شیمیایی شمش ریختگی بر اساس استاندارد AMS 4964 [13] در محدوده مجاز آلیاژ SP-700 قرار دارد. همچنین دمای استحاله آلیاژ SP-700 با استفاده از روش متالوگرافی در حدود 930 10 درجه سانتیگراد تعیین شد. پس از بررسی رفتار کشش گرم آلیاژ SP-700 در مناطق تکفاز و دوفاز [14]، فرآیند نورد گرم اولیه در دمای 850 درجه سانتیگراد - در منطقه دوفاز - / بر روی شمش ریختگی آلیاژ انجام شد.
