Μελέτη για την τροποποίηση και τον μηχανισμό του στοιχείου Β στη μικροδομή της ανθεκτικής στη φθορά πλάκας από κράμα TA15
Η ανθεκτική στη φθορά πλάκα από κράμα TA15 είναι ένα κράμα τιτανίου σχεδόν άλφα ισοδύναμου υψηλού Al με υψηλή αντοχή, καλή θερμική σταθερότητα και συγκολλησιμότητα, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή διαφόρων λεπίδων κινητήρα, περιβλημάτων, δοκών αεροσκαφών, αρθρώσεων, μεγάλων πλαισίων και άλλων κλειδιών δομικά στοιχεία. Τα τελευταία χρόνια, ορισμένα χυτά από κράμα τιτανίου νέων κινητήρων έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούν πλάκες από κράμα TA15 ανθεκτικές στη φθορά. Η διαδικασία χύτευσης του κράματος τιτανίου πραγματοποιείται σε περιβάλλον κενού, ο ρυθμός ψύξης είναι αργός και η θερμική αγωγιμότητα του κράματος τιτανίου είναι κακή, γεγονός που καθιστά τον κόκκο χύτευσης χονδροειδές και η χονδροειδής δομή της χύτευσης δεν μπορεί να καθαριστεί μέσω θερμικής παραμόρφωση, η οποία επιδεινώνει σοβαρά την απόδοση των χυτών από κράμα τιτανίου. Το κράμα τιτανίου TA15, ως κράμα σχεδόν τύπου, βασίζεται κυρίως στο σταθερό στοιχείο Al για την ενίσχυση του κράματος σε στερεό διάλυμα και δεν μπορεί να ενισχυθεί με θερμική επεξεργασία. Επομένως, ο μόνος τρόπος για να βελτιωθούν οι μηχανικές ιδιότητες των χυτών χυτών με ανθεκτική στη φθορά πλάκα από κράμα TA15 είναι να εξευγενιστεί ο κόκκος.
Η μέθοδος προσθήκης ραφιναρίσματος σιτηρών σε ραφινάρισμα κόκκων χρησιμοποιείται ευρέως στη διαδικασία χύτευσης κράματος αλουμινίου, σιδηροκράματος και κράματος μαγνησίου. Ο ρόλος των διυλιστηρίων σιτηρών στα κράματα τιτανίου έχει γίνει το επίκεντρο της έρευνας τα τελευταία χρόνια, ιδιαίτερα η επίδραση του στοιχείου Β στη μικροδομή και τις ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου. Ωστόσο, προς το παρόν, η μελέτη για την επίδραση του στοιχείου Β στη μικροδομή και τις ιδιότητες των κραμάτων επικεντρώνεται κυρίως στο TiAl και TC4 με χαμηλά κράματα και κυρίως μελετά τις μηχανικές ιδιότητες των κραμάτων σε θερμοκρασία δωματίου. Η επίδραση του στοιχείου Β στη μικροδομή και στις ιδιότητες υψηλής θερμοκρασίας κραμάτων όπως το TA15, το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως για χύτευση υψηλής θερμοκρασίας και ανθεκτικότητας στη θερμότητα, δεν έχει αναφερθεί. Ενόψει αυτού, με την προσθήκη στοιχείου Β στο ράβδο TA15, οι ερευνητές διερεύνησαν το αποτέλεσμα τροποποίησης και τον μηχανισμό του πρόσθετου ετερογενούς παράγοντα πυρηνοποίησης Β στη δομή χύτευσης του κράματος τιτανίου TA15, ελπίζοντας να παράσχουν καθοδήγηση για την ανάπτυξη της διαδικασίας χύτευσης από κράμα τιτανίου.
Το υλικό που χρησιμοποιείται είναι ράβδος από κράμα τιτανίου TA15 που λαμβάνεται με τήξη αναλώσιμου τόξου υπό κενό δύο φορές και το μέγεθος πλινθώματος είναι Φ140mm×200mm. Η χημική σύνθεση του πλινθώματος προστέθηκε σύμφωνα με τις απαιτήσεις δοκιμής, εκτός από το στοιχείο Β, και η περιεκτικότητα του κύριου στοιχείου και του στοιχείου ακαθαρσίας ήταν σύμφωνη με τις απαιτήσεις του βαθμού TA15 σε GB/T3620.1-2007.
Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή ηλεκτροδίου πλάκας ανθεκτικής στη φθορά από κράμα TA15 είναι: σφουγγάρι τιτανίου, κράμα αλουμινίου μολυβδαινίου, κράμα αλουμινίου βαναδίου, σφουγγάρι ζιρκονίου, φασόλια αλουμινίου. Το στοιχείο Β προστίθεται στο αναλώσιμο ηλεκτρόδιο με τη μορφή διβοριδίου τιτανίου (TiB2). Συνολικά παρασκευάστηκαν 4 πλινθώματα TA15 με περιεχόμενο Β (κλάσμα μάζας, %) από 0, 0.1, 0.15 και 0.2, αντίστοιχα.
Μετά την αποφλοίωση του πλινθώματος έως ότου δεν υπήρχε επιφανειακό ελάττωμα, τα δείγματα ελήφθησαν στο 1/3 και 2/3 των διαμήκων θέσεων του πλινθώματος για ανάλυση χημικής σύνθεσης. Η ράβδος τεμαχίστηκε κατά μήκος για να παρατηρηθούν τα χαρακτηριστικά της διαμήκους δομής. Το δείγμα υποβλήθηκε σε επεξεργασία και η μικροδομή του κράματος παρατηρήθηκε με μικροσκόπιο. Τα αποτελέσματα των δοκιμών δείχνουν ότι:
(1) Η προσθήκη ιχνών βορίου στην ανθεκτική στη φθορά πλάκα από κράμα TA15 μπορεί να βελτιώσει τη δομή χυτού, να αποτρέψει αποτελεσματικά την ανάπτυξη κόκκων και να μειώσει το πάχος του φύλλου της φυλλωτής δομής, να βελτιώσει τη σταθερότητα της δομής του φύλλου, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση του το κράμα. Ο βαθμός τελειοποίησης αυξήθηκε με την αύξηση της περιεκτικότητας σε Β.
(2) Ως διάμεσο στοιχείο, το Β έχει πολύ χαμηλή διαλυτότητα στη φάση και οι ενώσεις TiB σχηματίζονται κατά τη διαδικασία στερεοποίησης. Ως εκ τούτου, το στοιχείο Β μπορεί να βελτιώσει τον μη ομοιόμορφο ρυθμό πυρήνωσης για να επιτύχει τη βελτίωση των κόκκων μέσω της υπερψύξης των συστατικών. Ταυτόχρονα, οι ενώσεις TiB μπορούν να καρφώσουν τα όρια των κόκκων, να αναστείλουν την ανάπτυξη των κόκκων και να βελτιώσουν περαιτέρω τη δομή των κόκκων.
