Studija modifikacije i mehanizma B elementa na mikrostrukturi ploče otporne na habanje legure TA15
Ploča otporna na habanje od legure TA15 je legura titana s visokim Al ekvivalentom, blizu alfa, visoke čvrstoće, dobre toplinske stabilnosti i zavarljivosti, koja se naširoko koristi u proizvodnji raznih lopatica motora, kućišta, nosača zrakoplova, spojeva, velikih ploča i drugih ključnih strukturne komponente. Posljednjih godina, neki odljevci novih motora od legure titana počeli su koristiti ploče otporne na habanje od legure TA15. Proces lijevanja legure titana provodi se u vakuumskom okruženju, brzina hlađenja je spora, a toplinska vodljivost legure titana je loša, što čini zrno za lijevanje grubim, a gruba struktura odljevka ne može se pročistiti toplinom deformacije, što ozbiljno pogoršava rad odljevaka od titanijske legure. TA15 legura titana, kao legura gotovog tipa, uglavnom se oslanja na stabilan element Al za ojačavanje legure u čvrstoj otopini i ne može se ojačati toplinskom obradom. Stoga je jedini način da se poboljšaju mehanička svojstva odljevaka lijevanih s pločom otpornom na habanje od legure TA15 pročišćavanje zrna.
Metoda dodavanja sredstva za pročišćavanje zrna za pročišćavanje zrna široko se koristi u procesu lijevanja aluminijskih legura, ferolegura i magnezijevih legura. Uloga pročišćivača zrna u legurama titana postala je fokus istraživanja posljednjih godina, posebice učinak elementa B na mikrostrukturu i svojstva legura titana. Međutim, trenutno se proučavanje učinka elementa B na mikrostrukturu i svojstva legura uglavnom fokusira na niskolegirani TiAl i TC4 i uglavnom proučava mehanička svojstva legura na sobnoj temperaturi. Učinak elementa B na mikrostrukturu i visokotemperaturna svojstva legura kao što je TA15, koja se uglavnom koristi za odljevke otporne na visoke temperature i toplinu, nije prijavljen. S obzirom na to, dodavanjem elementa B u ingot TA15, istraživači su istražili modifikacijski učinak i mehanizam dodatnog heterogenog nukleirajućeg sredstva B na strukturu odljevka TA15 legure titana, u nadi da će pružiti smjernice za razvoj procesa odljevaka od legure titana.
Materijal koji se koristi je ingot od legure titana TA15 dobiven dvostrukim taljenjem vakuumskog potrošnog materijala, a veličina ingota je Φ140mm×200mm. Kemijski sastav ingota dodan je prema zahtjevima ispitivanja, osim elementa B, a sadržaj glavnog elementa i elementa nečistoće bio je u skladu sa zahtjevima kvalitete TA15 u GB/T3620.1-2007.
Sirovine koje se koriste za pripremu pločaste elektrode otporne na habanje od legure TA15 su: titanska spužva, molibden aluminijska legura, vanadij aluminijska legura, cirkonijeva spužva, aluminijska graha. Element B se dodaje potrošnoj elektrodi u obliku titanijevog diborida (TiB2). Pripremljena su ukupno 4 ingota TA15 sa sadržajem B (maseni udio, %) od 0, 0.1, 0.15 i 0.2, redom.
Nakon što je ingot skiniran dok nije bilo površinskih defekata, uzorci su uzeti na 1/3 i 2/3 uzdužnog položaja ingota za analizu kemijskog sastava. Ingot je seciran uzdužno kako bi se uočile značajke uzdužne strukture. Uzorak je obrađen i mikroskopski je promatrana mikrostruktura legure. Rezultati ispitivanja pokazuju da:
(1) Dodatak bora u tragovima ploči otpornoj na habanje od legure TA15 može poboljšati lijevanu strukturu, učinkovito spriječiti rast zrna i smanjiti debljinu lamelne strukture, poboljšati stabilnost lamelarne strukture, čime se poboljšava izvedba legura. Stupanj pročišćavanja povećavao se s povećanjem udjela B.
(2) Kao intersticijski element, B ima vrlo nisku topljivost u fazi, a spojevi TiB nastaju tijekom procesa skrućivanja. Stoga, element B može poboljšati nejednoliku stopu nukleacije kako bi se postiglo usitnjavanje zrna preko superhlađenja komponente. U isto vrijeme, spojevi TiB mogu učvrstiti granice zrna, spriječiti rast zrna i dodatno poboljšati strukturu zrna.
