チタン合金のミクロ世界探査----TA 1純チタンとTC 4チタン合金の金相製造

まえがき

航空宇宙、生物医療及び製造分野では、チタン合金はその強度重量比、優れた耐食性と生体適合性のため、「宇宙金属」と「海洋金属」と呼ばれている。材料のマクロ性能はそのミクロ組織に根ざし、TA 1純チタンとTC 4チタン合金のミクロ構造を正確に明らかにし、その技術品質を評価し、服役性能を予測する鍵である。今回は、この2種類の典型的なチタン材の金相サンプルにおける挑戦と解決策を深く解析します。

製造上の難点

チタン及びその合金の金相製造の難点は材料自体の特殊な物理化学の「性格」にある。

塑性が高い：機械研磨の過程で深刻な変形層、双晶及び「接着」現象が発生しやすく、真実な組織を隠す。

熱伝導性が悪い：鉄鋼の5分の1の研磨投げだけで発生した熱は発散しにくく、局所的な過熱を招きやすく、組織の変化を引き起こしたり、変形層を深めたりしやすい。

これらの特性は、サンプリングプロセスが「汎用スキーム」を廃棄し、精密化とカスタマイズに移行しなければならないことを要求している。

TA 1純チタンサンプルの製造

TA 1は工業純チタンとして、その金相観察の核心目標は双晶がなく、傷がなく、粒界がはっきりした純粋な基体組織を獲得し、結晶粒度格付けの基礎を築くことである。そこで、このサンプルに対して、以下のソリューションを作成しました。

研磨研磨：

採用プログレッシブ減圧研磨。粗研磨から仕上げ研磨まで、段階的に荷重を下げ（例えば20 Nから1 Nに下がる）、そして粗から細までのダイヤモンド懸濁液と最終シリカ懸濁液を配合して研磨し、高効率研磨研磨と同時に機械変形を低減する。

“交互研磨-浸食-研磨」サイクルを使用します。表面層の変形層を化学浸食によりわずかに溶解し、さらに反応生成物を極軽荷重精放で除去することにより、残留双晶と転位線を効果的に除去し、真の粒界を現すことができる。

顕微観察：

図示のように、最適化プロセスを経て製造されたTA 1サンプルは、明視野下で結晶粒が平らになり、スクラッチが消えた、偏光の下で、チタンの異方性を利用して、結晶粒のコントラストが顕著で、粒界がはっきりしており、正確な測定に良好な基板を提供した。

試料明場100倍

試料明場200倍

試料偏光100倍

試料偏光200倍

TC 4チタン合金試料の調製

TC 4（Ti-6 Al-4 V）は応用の広いα+β二相チタン合金として、その金相分析は同時に満たす：明瞭な分解などの軸の初期α相、転換β基体、及び溶接領域の組織発展を観察する。

研磨研磨：

同様に微細化された自動研磨投げプロセスを用いて、腐食観察のために平らで、乱れのない表面を準備する。TC 4の硬度が高いという特徴に対して、研磨媒体の配列と時間を調整する必要がある。

腐食：

選択Kroll試薬腐食を行う。時間を正確に制御することにより、β相はやや深く侵食され、明場下では明るい白色のα相と対照的になる。

顕微観察：

明場：α相形容、寸法及び分布を観察するために用いられる。

偏光：いくつかの配向したα相集合ビームに対して、偏光はきらびやかな色彩コントラストを呈し、より直感的に結晶粒の配向とテクスチャを示すことができる。

チタン合金TC 4明場100倍

チタン合金TC 4明場+偏光200

チタン合金TC 4明場500倍

TC 4チタン合金はKroll試薬により腐食された後、明場下のα相（明るい白）とβ転移組織（暗い黒）の対比が明らかである、偏光下では組織色が豊富で、配向がはっきりしている。

まとめ

1.純チタンの性質は柔軟で、摩擦係数が大きく、熱伝導率が低く、研磨時に変形双晶と接着層が発生しやすく、顕微組織の仮象をもたらし、真の組織を隠す、

2.純チタン表面のスクラッチを十分に除去した後、結晶内双晶と結晶内黒色フロック転位も存在し、交互研磨-浸食-研磨と精密研磨時間の増加により、双晶と金属流動を効果的に除去することができる、

3.浸食時、浸漬拭き法を用いて、よりきれいな粒界と結晶内形態を得ることができる。

4.チタン合金試料を研磨した後、偏光下で明らかな粒界を観察することができ、腐食後に溶接ビードが観察されにくいが、溶接ビードの左右両側の結晶粒度の大きさの差は明らかであり、左側の平均結晶粒径はやや小さく、偏光下で明らかな色金相を観察することもできる。