PODSTAWY PROJEKTOWANIA MATERIAŁÓW

TEMAT: Mikrostruktura tytanu Ti6Al4V.

Wykonał:

Mateusz Żurowski

Rok II, Gr. H30

Rok Akad. 2011/2012r.

Wstęp

Stop Ti6Al4V należy do dwufazowych martenzytycznych stopów tytanu α+β. Głównym powodem jego sukcesu jest dobra tzw. równowaga własności. W porównaniu ze stopami pseudo-α wykazuje dobre właściwości plastyczne przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości a także możliwość prowadzenia umacniającej obróbki cieplnej. Jego główne własności mechaniczne to: wysoka wytrzymałość na rozciąganie i zmęczenie, korzystny stosunek wytrzymałości na rozciąganie do granicy plastyczności i moduł Younga. W połączeniu z małym ciężarem właściwym, wysoką odpornością na korozję stop ten jest niezwykle atrakcyjnym tworzywem konstrukcyjnym dla nowoczesnej techniki. Oprócz tego stop ten jest dobrze spawalny, podatny na przeróbkę plastyczną oraz jest paramagnetykiem. Dwufazowe stopy tytanu, do których należy badany stop mogą być stosowane zarówno w stanie wyżarzonym jak i po hartowaniu i starzeniu. W zależności od wymaganej wytrzymałości, plastyczności oraz odporności na pękanie stopy poddaje się wyżarzaniu niezupełnemu, wyżarzaniu zupełnemu oraz hartowaniu i starzeniu.

W stopach tej grupy występować mogą dwa rodzaje mikrostruktur:

1. Mikrostruktura złożona z mieszaniny faz α i β, utworzona po wygrzewaniu w temperaturze niższej niż temperatura przemiany fazowej α + β → β i wolnym chłodzeniu.

2. Mikrostruktura złożona z fazy martenzytycznej α’ po hartowaniu z temperatury stabilności fazy β.

W zależności od temperatury hartowania i zawartości pierwiastków stabilizujących fazę β tworzą się w strukturze:

1. faza martenzytyczna α`,

2. faza α i faza martenzytyczna α`,

3. faza martenzytyczna α` i faza β_M β_M .

W przeciwieństwie do stopów jednofazowych α, stopy dwufazowe martenzytyczne mogą zmieniać struktury od różnoważnych roztworów stałych do roztworów nierównoważnych maksymalnie przesyconych

Analiza mikrostruktury w miejscu 5 na przekroju B odkuwki nr 1 (kucie przy tem. 1050 ˚C, wysokość H=49mm)

Odkształcenie plastyczne przy temperaturze wyjściowej odkuwki 1050 ºC było realizowane w zakresie występowania fazy β. Realizowanie odkształcenia plastycznego w zakresie występowania jedynie fazy β skutkuje występowaniem wydzieleń fazy α po schłodzeniu odkuwki w postaci niezdeformowanych igieł w układzie Widmanstättena. Większa intensywność odkształcenia dla temperatury wsadu 1050 ºC powoduje lokalne występowanie odkształconych igieł fazy α co można wiązać z deorientacją krystalitów fazy β pozwalającą na tworzenie się igieł fazy α w zależności krystalograficznej do fazy β wzdłuż ww. deorientacji.

Średnica ziarna:

Do obliczeń wzięto ziarno przeciętnej wielkości, czyli nie największe i nie najmniejsze.

Wymiary średnicy na zdjęciu mikrostruktury:

d₁=17mm,

d₂=11mm.

Obliczanie średnicy rzeczywistej:

22000 – 50 17000 – d1rz $$d_{1rz} = \frac{17000 \bullet 50}{22000} = 38,64\ \lbrack\mu m\rbrack$$	22000 – 50 11000 – d2rz $$d_{2rz} = \frac{11000 \bullet 50}{22000} = 25\ \lbrack\mu m\rbrack$$

Wnioski:

Zmierzono dwie średnice ziarna ustawionych względem siebie pod kątem 90˚, na zdjęciu zgładu trudno zauważyć granice ziarna dlatego wymiary zmierzono na ziarnie którego zarysy były lepiej widoczne. Uśredniona wielkość ziarna jest średnią arytmetyczną zmierzonych średnic i wynosi: 31,81μm.

Szerokość układów igieł:

Metodyka liczenia:

d₁=10mm

18000 – 20

10000 – d_1rz

$$d_{1rz} = \frac{10000 \bullet 20}{18000} = 11,11\ \lbrack\mu m\rbrack$$

^lp.	d1	d2	d3	d4	d5
d [mm]	10	9	8	12	8
drz [μm]	11,11	10	8,89	13,34	8,89

Średnia szerokość rzeczywista układów igieł:

$$d_{sr} = \frac{11,11 + 10 + 8,89 + 13,34 + 8,89}{5} = 10,45\ \lbrack\mu m\rbrack$$

Wnioski:

Po zmierzeniu i uśrednieniu szerokość układów igieł wynosi 10,45μm. Obliczenia mogą być niedokładnie, wynika to z układów które były mierzone tzn. do pomiarów wzięto najbardziej widoczne układy.
Szerokość igieł:

Metodyka liczenia:

d₁=2mm

18000 – 20

2000 – d_1rz

$$d_{1rz} = \frac{2000 \bullet 20}{18000} = 2,22\ \lbrack\mu m\rbrack$$

^lp.	d1	d2	d3	d4	d5	d6	d7	d8	d9	d10
d [mm]	2	1,5	1,3	1	1,9	2,1	1,7	1,5	1,1	1
drz [μm]	2,22	1,67	1,44	1,11	2,11	2,33	1,89	1,67	1,22	1,11

Średnia szerokość rzeczywista igieł:

$$d_{sr} = \frac{2,22 + 1,67 + 1,44 + 1,11 + 2,11 + 2,33 + 1,89 + 1,67 + 1,22 + 1,11}{10} = 1,68\ \lbrack\mu m\rbrack$$

Wnioski:

Średnia szerokość igły wynosi 1,68μm. Igły które zmierzono wybrano losowo. Szerokości które były mierzone na zdjęciu znajdują się w tabeli i były mierzone z niedużą dokładnością z powodu braku bardzo dokładnych przyrządów pomiarowych, dlatego pod uwagę wzięto zróżnicowane igły, a następnie uśredniono wynik.