我 工程杂志 2314 - 4912 2314 - 4904 Hindawi 10.1155 / 2021/6646588 6646588 研究文章 热处理的机械性能的影响3毫米商业纯钛板(CP-Ti等级2) https://orcid.org/0000 - 0003 - 1909 - 7781 Mpumlwana D。 1 Msomi V。 1 Fourie c·j·S。 2 Manach 皮埃尔· 1 开普半岛科技大学 Bellville 开普敦 南非 cput.ac.za 2 工学院 瓦尔特·西苏卢大学 东伦敦 南非 wsu.ac.za 2021年 18 3 2021年 2021年 2 12 2020年 10 2 2021年 10 3 2021年 18 3 2021年 2021年 版权©2021 d . Mpumlwana et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

钛被认为是一个好的材料应用在许多领域由于其兼容不同的环境。然而,目前尚不清楚当这种材料是否暴露于某些高温的时间更长。本研究的主要目的是探讨影响热量的3毫米商业纯钛2级板以恒定的温度在不同的加热时间900°C。三种不同加热时间从事这项研究:第一期,30分钟60分钟第二段,第三段和90分钟。所有样本加热空气冷却到室温后加热。显微硬度、显微组织、抗拉强度和扫描电子显微镜(SEM)进行了测试。所有的结果与父样品进行了分析和比较。观察到,加热时间的影响材料的显微结构的安排。显微结构的变化影响了消极的极限抗拉强度,延伸率提高。热处理的显微硬度样本首先负面影响后来跳和超过母材。

 merSETA 瓦尔特·西苏卢大学 1。介绍

钛的主要刺激用于各种工程领域是其较高的比强度和温度强度在宽的温度范围内。钛及其合金主要航空、汽车、海洋工业( 1- - - - - - 4]。这是一个不可否认的事实,所表现出的力学性能钛及其合金的显微结构的安排。有多种因素会影响或修改金属的微观结构安排。这包括热疗法和机械疗法( 4- - - - - - 7]。钛及其合金的三种结构形式是由α( α)、β( β)和α-β( α, β)。在钛合金、铝相稳定剂,而钒是测试阶段的稳定剂( 8- - - - - - 12]。工业纯钛(CP-Ti)经历了一个同素异形转换为882.5°C和转换从一个六角密包(HCP)的晶体结构体心立方(BCC) [ 13- - - - - - 16]。有许多研究,了解影响进行热量和机械治疗各种钛及其合金的性质。这包括工作米尔纳et al。 17)温暖的累计的影响辊焊接在谷物和力学性能CP-Ti(等级2)进行了研究。第二个周期的观察晶粒细化累计滚键(ARB)这导致提高抗拉强度和伸长率显著下降。Najdahmadi et al。 18)研究力学性能的变化titanium-29 niobium-13 tantaium - 4.6锆(ti - 29 - nb - 13 - ta - 4.6 - zr)合金经过热处理和不同的冷却技术,发现热处理样品中β晶粒颗粒。这是进一步发现淬火样品在液氮产生较小的晶粒尺寸比样品冷却加热器。样品冷却使用其他媒体表现出较高的抗拉强度与延性的妥协。然而,通过液态氮冷却样品表现出抗拉强度高韧性的前提下。

El-Hadad et al。 19]研究了热处理对Ti6Al4V合金的力学性能。发现热处理样品跟着水淬火导致增加硬度比风冷和年龄样本。沃卓斯基等。 20.)进行表面热处理的影响骨折的爆炸焊接工业纯钛1级碳钢板。他们发现,热处理焊接steel-Ti盘子上的应用产生了积极和消极的结果由于金属间化合物的形成化合物。有一个显著的减少在热处理后硬度和这种减少是由于脱碳机理。黄等。 21)做了一个调查关于微观结构的影响在切口热处理Ti-6Al-6V-2Sn合金的抗拉强度。supratransus和subtransus温度是用于治疗解决方案其次是水淬火和老化。发现的水淬火热处理样品导致钛马氏体的形成,然后分解成不同大小的α和β在老化阶段。这是进一步发现老化温度的增加导致切口抗拉强度的增加在所有样本。凯瑟琳和哈米德( 22)的行为研究纯钛的抗拉强度和延性热处理后二年级。使用的两个退火温度。,700°C and 900°C, and all the samples were exposed to these temperatures for 1 hr. The formation of acicular martensite was observed on specimens treated with 900°C, and this type of martensite was triggered by higher level of oxidation occurring at the temperature above the beta transus. The decrease in tensile strength with an increase in ductility was also observed on the specimens treated at 700°C.

郑et al。 23]研究了薄的热量对拉伸性能的影响纯钛箔。进行了拉伸测试标本在不同温度和温度诱导通过电阻加热方法。发现拉伸测试期间温度的增加导致箔的抗拉强度下降较大的颗粒。然而,这种逆关系是有效的在温度低于300°C。不同的模式被观察到温度高于300°C,即。,an increase in tensile strength was observed on specimens comprised of larger grains. Wang et al. [ 24)研究热处理对Ti-6Al-4V合金的微观结构和力学性能。显微结构的观察结果为各种温度差异不大。然而,观察从不同阶段不同的热处理,和那些阶段导致Ti-6Al-4V合金力学性能的增强。不同热处理对力学性能的影响的Ti-6Al-4V调查不齐的et al。 25]。热处理发生在900°C以上导致层状β相的形成和α结构进而导致力学性能的增强。类似的观察也报道了许多研究人员( 26- - - - - - 32]。

已经观察到的大部分作品处理对钛合金热处理。然而,很少有报告的应用热处理在工业纯钛二年级。的一些作品,钛及其合金的热处理报告集中在加热标本,然后使用老化的技术。介绍常数的影响在不同加热时间的热处理机械性能的工业纯钛板二年级。这是旨在研究微观结构与力学性能关系的CP-Ti等级2。

 2。材料和方法

工业纯钛(CP-Ti)二年级被用于这项研究。机械性能和化学成分如表所示 1和 2。的收到基CP-Ti二年级准备各种形状适合各种机械测试。射流技术被用来减少25毫米×12毫米×3毫米样品显微结构分析和显微硬度测试(见图 1)。Kroll试剂(2毫升高频,3.2毫升HNO3,90毫升H2O)是用于揭示样品的微观结构。的Motic AE2000显微镜采用进行微观结构分析( 33- - - - - - 35]。

机械性能的纯钛二年级。

属性 价值
抗拉强度 275 - 410 MPa
伸长 20%
弹性模量 105年平均绩点

化学成分的纯钛2级(wt %)。

菲 O C H “透明国际”
0.30 0.25 0.08 0.015 落下帷幕

安装样品显微组织和显微硬度。

拉伸样品准备根据astme646 - 98和拉伸性能的测试也基于同样的标准。Hounsfield拉力试验机是受雇于进行拉伸试验和恒应变速率的3毫米/分钟。样品断裂后拉伸测试然后准备扫描电子显微镜来研究裂缝形态(见图 2)。

扫描电镜样品准备。

然后准备样本插入为热处理炉。有四套样品准备整个学习和每一组由三个样本,即。,一个样本的显微硬度,拉伸试验的一个样品,一个样品进行微观结构分析。第一组插入样品室温炉(见图 3),然后加热到预定温度(900°C)。秒表是温度读取预定温度时才开始。样本的集合允许冷却时,时间已经过去。

炉在热处理的样品。

第一组样本保持在900°C 30分钟,然后其次是相同的设置保存在温度为60分钟,然后最后样品暴露在900°C的90分钟。

热处理结束后,所有的样品都受到不同的测试如前所述。从各种测试结果给出了在随后的部分。

 3所示。结果与讨论 3.1。微观结构分析

图 4本调查中使用显示样品的微观结构。父材料的显微组织如图 4(一),而数字 4(b) - 4(d)显示样品的微观结构热处理30分钟,60分钟和90分钟。中给出的平均晶粒尺寸(表 3)每个样本的测量通过使用线性拦截技术通过ImageJ软件( 35]。通用CP-Ti相组成的微观结构在显微结构的观察分析。然而,粮食安排和晶界开始出现在热处理样品和这是由于这样的事实:有粮增长(见表 3)。

的微观结构图像不同的样本:(a)家长,(b) 30分钟,(c) 60分钟,90分钟(d)。

平均晶粒尺寸测量Cp-Ti 2级样品( μ米)。

项 样本 晶粒尺寸
1 父 12.02
2 30分钟 53.08
3 60分钟 60.03
4 90分钟 66.09

母体材料的显微结构的颗粒非常细,由于高变形引起的形成过程。高度畸形颗粒不均匀变形时注意到发生在外部和内部表由于轧制过程( 22, 23]。在30分钟的微观结构图像,亚晶粒的迹象内形成较大的颗粒由于引入的热量被注意到。在60分钟的微观结构图像,亚晶粒开始消失,但一些地区显示细颗粒,这是由于新细亚晶粒的晶粒生长将谷物。在加热期间,增加细等轴颗粒和位错密度特征和巨大的混乱,剪切带和亚晶粒出现(见图 4(d)) 25, 31日, 32]。

 3.2。拉伸试验分析

拉伸测试中执行所有的热处理和未经处理的样品。热处理结果比未经处理的样品。拉伸试验结果的总结版本提出了表 4。母体材料的应力-应变曲线和热处理样本数据所示 5(一个)- - - - - - 5 (d)。极限抗拉强度显著下降(ut)在所有的热处理样品比母体材料。生产的减少是由于晶粒生长是Hall-Petch定义的关系( 26, 28, 35]。热处理样品的生产减少可能的结果的退火温度鼓励α相的转变 13, 32, 36- - - - - - 38]。然而伴随着生产的下降是伸长率增加热处理样品和金属(这是正常的 13, 34- - - - - - 38]。延伸率的增加表明材料的延性增加( 32- - - - - - 34]。

拉伸结果所有时间和父母。

样本 极限抗拉强度(MPa) 伸长率(%)
父 545.21 15.88
30分钟 378.58 27.55
60分钟 372.56 27.88
90分钟 375.57 35.03

应力-应变曲线图形的不同样本:(一)家长,(b) 30分钟,(c) 90分钟,(d) 60分钟。

 3.3。扫描电子显微镜(SEM)

断裂表面张力测试进行了进一步分析研究每个样本的断裂机理。图 6(一)显示母体材料的断裂表面,而热处理样本数据所示 6 (b)- - - - - - 6 (d)。

断口形貌不同的拉伸试验后样品:(a)家长,(b) 30分钟,(c) 60分钟,90分钟(d)。

拉伸断口的形貌表面的父母示例(图 6(一))似乎有点平没有明显裂缝。几乎没有酒窝和微型剪切唇表面上。这表明,断裂semibrittle semiductile。30分钟(图的形态 6 (b))拉伸断口表面也显示酒窝不同大小与大量的撕裂山脊表明断裂韧性。60分钟(图 6 (c))形态,它描绘深剪切唇,还指出韧性酒窝;另外,微小的解理面还指出,这是一个明显的韧性断裂的迹象。90分钟(图的形态 6 (d))描绘了深剪切唇,孔隙大小不同,方面,也撕裂山脊标明韧性断裂。

 3.4。显微硬度

使用500克的显微硬度进行了加载和居住时间的10年代间隔时间为1.5毫米。显微硬度结果的图形演示图所示 7。图 7(一)显示母体材料的显微硬度,而热处理样本数据所示 7 (b)- - - - - - 7 (d)。有一个明显的显微硬度的变化点处理和未经处理的样品。显微硬度值的变化是归因于这样一个事实:所有15分硬度测量选择随机表面的样品;因此,一些点中心的谷物,晶界旁边的一些人,一些完全在晶界。平均表面显微硬度结果展示在表 590分钟的治疗,显示了最高表面显微硬度值比父母和其他治疗方法。增加表面硬度在90分钟的样品是由于加热段的样品影响晶粒结构和氧化钛。氧化层的厚度膨胀增加加热时间的表面;最大的表面硬度也扩大与增加加热时间和硬度层深度另外扩展( 36- - - - - - 38]。

显微硬度测量不同样本点图:(a)家长,(b) 30分钟,(c) 60分钟,90分钟(d)。

平均显微硬度的结果。

样本 显微硬度(高压)
父 195年
30分钟 186年
60分钟 170年
90分钟 305年
4所示。结论

观察成功采用的热处理对力学性能的影响CP-Ti 2级。发现热处理影响晶粒生长变化与不同退火时间。退火时间的增加有不利影响UTS CP-Ti等级2。然而,延伸率的增加与退火时间的增加。也有硬度显著降低30分钟时间60分钟时期当时后跟一个跳高在显微硬度。显微硬度值的跳高是归因于高退火氧化层的增厚。

 数据可用性

本文使用的数据生产可以获得相应的作者。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

作者想感谢merSETA和瓦尔特·西苏卢大学资助这项研究。开普半岛科技大学(CPUT)实验室技术员高度承认实验期间给予的支持。

 库马尔 诉。 Murty s . v . s . N。 古普塔 r·K。 饶 a·G。 普拉萨德 m . j . n V。 硼对微观结构演化的影响和热Ti-5Al-5V-5Mo-1Cr-1Fe合金的拉伸变形行为 杂志的合金和化合物 2020年 831年 154672年 10.1016 / j.jallcom.2020.154672 江 Y.-Q。 林 y . C。 张 X.-Y。 程ydF4y2Ba C。 王 Q.-W。 庞 g . d。 等温Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金的拉伸变形行为和断裂机制 β相场 真空 2018年 156年 187年 197年 10.1016 / j.vacuum.2018.07.034 2 - s2.0 - 85050512126 程ydF4y2Ba F.-W。 徐 G。 张 X.-Y。 周 K.-C。 崔 Y。 的影响 α形态学上的扩散 β↔ α转换在ti - 55531连续加热:解剖通过膨胀计测试、显微组织观察和计算 杂志的合金和化合物 2017年 702年 352年 365年 10.1016 / j.jallcom.2017.01.209 2 - s2.0 - 85010931686 任 l 肖 W。 汉 W。 马 C。 周 l 双老化对次要的 α附近的沉淀和机械性能 βti合金ti - 55531 材料的表征 2018年 144年 1 8 10.1016 / j.matchar.2018.06.025 2 - s2.0 - 85049323300 越南盾 R。 李 J。 口 H。 风扇 J。 唐 B。 太阳 M。 降水的行为 α在时效处理的阶段 β淬火ti - 7333 材料的表征 2018年 140年 275年 280年 10.1016 / j.matchar.2018.04.008 2 - s2.0 - 85045696973 张 H。 邵 H。 山 D。 应变率对Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr合金高温变形行为和机制 材料的表征 2021年 171年 110794年 10.1016 / j.matchar.2020.110794 越南盾 R。 李 J。 风扇 J。 口 H。 唐 B。 降水的 α阶段及其形态进化在连续加热附近 β钛合金ti - 7333 材料的表征 2017年 132年 199年 204年 10.1016 / j.matchar.2017.07.032 2 - s2.0 - 85028341791 江 Y.-Q。 林 y . C。 江 X.-Y。 他 D.-G。 张 X.-Y。 Kotkunde N。 热拉伸性能、微观结构演化和断裂机制Ti-6Al-4V合金的初始粗晶粒阶段 材料的表征 2020年 163年 110272年 10.1016 / j.matchar.2020.110272 全 G.-Z。 马 y y。 张 Y.-Q。 张 P。 王 W.-Y。 动态再结晶分离参数域从Ti-6Al-4V合金及其应用的混沌系统参数加载路径设计 材料科学与工程:一个 2020年 772年 138745年 10.1016 / j.msea.2019.138745 庄 Y。 保护好 T。 田 Y。 柴田 一个。 信 N。 变形机制的双峰Ti-6Al-4V合金显微组织:临界区退火温度和组成硬度的影响 材料科学与技术杂志》上 2021年 71年 138年 151年 10.1016 / j.jmst.2020.08.057 金 N。 杨ydF4y2Ba Z。 王 Y。 程 H。 张 H。 热处理对显微组织的影响,选择性激光熔化Ti-6Al-4V点阵材料的力学性能 国际机械科学杂志》上 2021年 190年 106042年 10.1016 / j.ijmecsci.2020.106042 风扇 J。 李 J。 口 H。 华 K。 唐 B。 张 Y。 的影响解决方案治疗附近的微观结构和力学性能 β钛合金ti - 7333 材料和设计 2015年 83年 499年 507年 10.1016 / j.matdes.2015.06.015 2 - s2.0 - 84941273706 Vemula a . M。 Reddy g . c . M。 侯赛因 M . M。 比较分析取向相关的拉伸变形的商业纯钛和钛合金4:1 今天材料:诉讼 2020年 37 1743年 1747年 10.1016 / j.matpr.2020.07.357 Mjali k V。 疲劳寿命预测激光和机械工业纯的二年级钛合金板形成的 Procedia制造业 2020年 48 256年 266年 10.1016 / j.promfg.2020.05.046 哈马 T。 Kobuki 一个。 Takuda H。 晶体塑性有限元分析各向异性变形行为在商业纯钛1级表 国际期刊的可塑性 2017年 91年 77年 108年 10.1016 / j.ijplas.2016.12.005 2 - s2.0 - 85012932292 Mamedov 一个。 Ozturk H。 马卡 T。 调查的机械和Ti-6Al-4V合金的微观结构特性取决于热锻工艺参数 Procedia工程 2017年 207年 2155年 2160年 10.1016 / j.proeng.2017.10.974 2 - s2.0 - 85036666680 米尔纳 j·L。 Abu-Farha F。 Bunget C。 Kurfess T。 哈蒙德 v . H。 晶粒细化,力学性能CP-Ti处理温暖累计卷成键 材料科学与工程:一个 2013年 561年 109年 117年 10.1016 / j.msea.2012.10.081 2 - s2.0 - 84869880137 Najdahmadi 一个。 Zarei-Hanzaki 一个。 Farghadani E。 机械性能增强在ti - 29 - nb - 13 - ta - 4.6 -锆合金通过热处理对其生物相容性没有不利影响 材料与设计(1980 - 2015) 2014年 54 786年 791年 10.1016 / j.matdes.2013.09.007 2 - s2.0 - 84884705840 El-Hadad 年代。 Nady M。 哈利法塔 W。 优质棉细布 一个。 热处理条件对Ti-6Al-4V合金的力学性能 加拿大冶金季度 2018年 57 2 186年 193年 10.1080 / 00084433.2017.1412557 2 - s2.0 - 85038085151 沃卓斯基 M。 Gloc M。 Ślęzak T。 Płociński T。 Kurzydłowski k·J。 热处理的影响在爆炸焊接钛钢的组织与性能 《材料工程和性能 2017年 26 3 945年 954年 10.1007 / s11665 - 017 - 2520 - 2 2 - s2.0 - 85011655351 黄 R.-T。 黄 w l。 黄 r。 -蔡 L.-W。 微观结构对切口热处理Ti-6Al-6V-2Sn合金的拉伸断口特征 材料科学与工程:一个 2014年 595年 297年 305年 10.1016 / j.msea.2013.12.024 2 - s2.0 - 84891596713 凯瑟琳 l 哈米德 d·B。 热处理的影响抗拉强度和延性的纯钛二年级 IOP会议系列:材料科学与工程 2018年 429年 012014年 10.1088 / 1757 - 899 x / 429/1/012014 2 - s2.0 - 85057378221 郑 Q。 清水正孝 T。 杨 M。 温度对拉伸性能的影响的纯钛箔 制造业的评论 2015年 2 3 1 5 10.1051 / mfreview / 2015005 2 - s2.0 - 84992690318 王 J。 林 X。 王 M。 李 J。 王 C。 黄 W。 subtransus热处理对显微组织的影响线和电弧的特性和机械性能添加剂Ti-6Al-4V合金制造 材料科学与工程:一个 2020年 776年 139020年 10.1016 / j.msea.2020.139020 不齐的 l 远华 l 宵夜 C。 泰和 年代。 辛格 一个。 不同热处理对Ti6Al4V钛合金的微观结构和力学性能 稀有金属材料与工程 2017年 46 3 634年 639年 10.1016 / s1875 - 5372 (17) 30109 - 1 达瓦 N。 Rostami 一个。 Abbasi s M。 退火温度和淬火介质对微观结构的影响,机械性能以及Ti-6Al-4V合金的疲劳行为 材料科学与工程:一个 2017年 683年 1 8 10.1016 / j.msea.2016.11.095 2 - s2.0 - 85007007181 朱利安 R。 Velay V。 比达尔 V。 Dahan Y。 弗赖斯节 R。 Rezai-Aria F。 与微观结构表征和建模的伪造Ti-6Al-4V钛合金淬火过程中注意事项 国际机械科学杂志》上 2018年 142 - 143 456年 467年 10.1016 / j.ijmecsci.2018.05.023 2 - s2.0 - 85047190488 曹国伟 Q。 霍奇森 p D。 Beladi H。 热稳定性的超细粒度Ti-6Al-4V在post-deformation退火合金 材料科学与工程:一个 2017年 694年 13 23 10.1016 / j.msea.2017.03.082 2 - s2.0 - 85016579350 贾 M。 Alshammari Y。 杨 F。 Bolzoni l 热处理对显微组织和力学性能的影响产生的混合元素Ti-6Al-4V粉末锻造 材料科学与工程:一个 2020年 791年 139724年 10.1016 / j.msea.2020.139724 Haijun l 勇 X。 Zhimin Z。 多路热变形对流动应力的影响和Ti-6Al-4V钛合金显微组织由热等静压 Procedia制造业 2020年 50 652年 657年 10.1016 / j.promfg.2020.08.117 辛格 答:P。 杨 F。 托伦斯 R。 Gabbitas B。 解决方案治疗Ti-6Al-4V合金由巩固混合粉混合使用粉盒挤压路线 材料科学与工程:一个 2018年 712年 157年 165年 10.1016 / j.msea.2017.11.098 2 - s2.0 - 85036452550 刘 Z。 赵 Z。 刘 J。 solution-aging治疗对微观结构的影响特性,力学性能和破坏行为的添加剂Ti-6Al-4V合金制造 材料科学与工程:一个 2021年 800年 140380年 10.1016 / j.msea.2020.140380 Msomi V。 Mbana N。 Mabuwa 年代。 微观结构分析搅拌摩擦焊接1050 - h14和5083 - h111铝合金 今天材料:诉讼 2020年 26 189年 192年 10.1016 / j.matpr.2019.10.038 Mabuwa 年代。 Msomi V。 之间的比较分析正常和水下搅拌摩擦加工搅拌摩擦焊接不同铝合金关节 材料研究和技术杂志》上 2020年 9 5 9632年 9644年 10.1016 / j.jmrt.2020.06.024 Mabuwa 年代。 Msomi V。 淹没的影响在搅拌摩擦焊搅拌摩擦加工不同的关节 材料研究表达 2020年 7 096513年 10.1088 / 2053 - 1591 / abb6b6 李 X。 王 G。 顾 Y。 杨 J。 电辅助扩散粘结Ti2AlNb合金表使用CP-Ti箔夹层:微观结构表征和机械测试 材料科学与工程:一个 2019年 744年 733年 745年 10.1016 / j.msea.2018.12.037 2 - s2.0 - 85059005665 庞 g . d。 林 y . C。 江 Y.-Q。 沉淀行为和定向进化的机制 α阶段在ti - 55511钛合金热处理和随后的热变形 材料的表征 2020年 167年 110471年 10.1016 / j.matchar.2020.110471 林 y . C。 唐 Y。 张 X.-Y。 程ydF4y2Ba C。 杨 H。 周 K.-C。 溶液温度和冷却速率的影响在热压缩Ti-6Al-4V合金的微观结构和微观硬度 真空 2019年 159年 191年 199年 10.1016 / j.vacuum.2018.10.035 2 - s2.0 - 85055161714