Einfluss der Alterungstemperatur auf geschmiedete Stäbe aus Ti-6AL-7Nb-Titanlegierung

Die Ti-6AL-7Nb-Titanlegierung wird aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität häufig in der Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Chemieindustrie eingesetzt. Die Alterung ist ein wichtiger Prozess zur Verbesserung der Festigkeit und Härte der Ti-6AL-7Nb-Legierung. Die Alterungstemperatur hat großen Einfluss auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der Legierung. Diese Studie untersuchte den Einfluss der Alterungstemperatur auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von geschmiedeten Stäben aus Ti-6AL-7Nb-Titanlegierungen.

Versuchsablauf
Alternde Tumoren: Nach einer Hochtemperatur-Alterungsbehandlung der Ti-6AL-7Nb-Titanlegierung verändert sich die ausgefällte Phase im Inneren der Körner, was zum Wachstum der Körner und einer Erhöhung der Versetzungsdichte führen kann. Diese Veränderungen führen zu alternden Tumoren, die die Steifigkeit und Festigkeit des Materials erhöhen.
Kornwachstum: Die Alterung bei hohen Temperaturen kann zum Wachstum von Körnern führen, was sich auf die mechanischen Eigenschaften des Materials auswirken kann. Vergrößerte Körner können zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Materials führen, in manchen Fällen jedoch auch zu einer Erhöhung der Festigkeit des Materials.

Phasenumwandlung: Einige ausgeschiedene Phasen in der Ti-6AL-7Nb-Titanlegierung können während der Hochtemperaturalterung eine Phasenumwandlung erfahren. Dieser Phasenwechsel kann zu Veränderungen in der Kristallgitterstruktur führen und dadurch die Eigenschaften des Materials beeinflussen.
Korrosionsbeständigkeit: Die Korrosionsbeständigkeit der Titanlegierung Ti-6AL-7Nb kann durch die Alterungstemperatur beeinflusst werden. Einige Alterungsbehandlungen können dazu führen, dass sich die Verteilung bestimmter Elemente in der Legierung an den Korngrenzen verändert und dadurch deren Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt wird.
Thermische Stabilität: Die thermische Stabilität der Ti-6AL-7Nb-Titanlegierung kann auch durch die Alterungstemperatur beeinflusst werden. Eine ordnungsgemäße Alterungsbehandlung kann die Stabilität der Legierung in Umgebungen mit hohen Temperaturen verbessern.
Ti-6AL-7Nb-Legierungsstäbe werden bei einer Temperatur von 950 Grad mit einer Reduktionsrate von 60 % geschmiedet. Die geschmiedeten Stäbe wurden dann in drei Gruppen eingeteilt und jeweils zwei Stunden lang unterschiedlichen Alterungstemperaturen von 500 Grad, 550 Grad und 600 Grad ausgesetzt. Die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der Proben wurden durch optische Mikroskopie, Röntgenbeugung und Zugversuche charakterisiert.
Resultate und Diskussion
Die Ergebnisse zeigen, dass die Struktur der Ti-6AL-7Nb-Legierung nach dem Schmieden aus einer gleichachsigen Phase und einer flockigen +-Phase besteht. Nach der Alterung vergröbern die Phasenpartikel und die flockige +-Phase geht in die gleichachsige Phase über. Je höher die Alterungstemperatur, desto deutlicher ist die Vergröberung der -Phasen-Partikel und die Umwandlung in flockige +-Phasen. Darüber hinaus zeigt die XRD-Analyse, dass mit zunehmender Alterungstemperatur die Intensität des (002)-Peaks abnimmt und die Intensität des (200)-Peaks zunimmt, was darauf hindeutet, dass mit zunehmender Alterungstemperatur der Phasengehalt abnimmt und der Gehalt an Phase nimmt mit der Temperatur zu.
Zugversuche zeigen, dass mit steigender Alterungstemperatur die Zugfestigkeit (UTS) und die Streckgrenze (YS) der Proben zunehmen, während die Duktilität abnimmt. Die UTS und YS der 600 Grad gealterten Probe erreichten die Maximalwerte von 1370 MPa bzw. 1260 MPa, was 36 % bzw. 25 % höher war als die der 500 Grad gealterten Probe. Mit zunehmender Alterungstemperatur nimmt die Dehnung jedoch von 12,5 % auf 4,3 % ab, was darauf hindeutet, dass die Plastizität der Legierung mit zunehmender Alterungstemperatur abnimmt.
abschließend
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Alterungstemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Struktur und die Eigenschaften von geschmiedeten Stäben aus Ti-6AL-7Nb-Titanlegierungen hat. Der Anstieg der Alterungstemperatur führt zu einer Vergröberung der -Phasen-Partikel, einer Umwandlung in eine lamellare +-Phase, einer Verringerung des -Phasen-Gehalts und einer Erhöhung des -Phasen-Gehalts. Darüber hinaus nehmen mit steigender Alterungstemperatur die UTS und YS der Proben zu, während die Dehnung abnimmt. Die Forschungsergebnisse liefern nützliche Hinweise für die Optimierung des Alterungsprozesses der Titanlegierung Ti-6AL-7Nb.