A titánötvözetek jellemzői és a kovácsolás kihívásai
A kovácsolási folyamat megértése előtt először meg kell érteni a titánötvözetek egyedi tulajdonságait, amelyek meghatározzák a kovácsolás nehézségét és sajátosságait.
1.Nagy fajlagos szilárdság (szilárdság/sűrűség arány): A titánötvözetek szilárdsága megközelíti bizonyos acélokét, de sűrűségük mindössze 60%-a az acélnak, ami a legfontosabb előnyük.
2. Jó teljesítmény magas-hőmérsékleten: 400-550 °C-on továbbra is nagy szilárdságot tud fenntartani, miközben az alumíniumötvözet szilárdsága 200 fok felett meredeken csökken.
3. Erős korrózióállóság: A felület hajlamos arra, hogy sűrű és stabil oxidfilmet képezzen, amely kiváló korrózióállósággal rendelkezik a légkörrel, a tengervízzel és a különböző kémiai közegekkel szemben.
4. Magas kémiai aktivitás: Ez a kovácsolás fő kihívása. Magas hőmérsékleten (különösen 800 C felett) a titán reakcióba lép a levegőben lévő oxigénnel, nitrogénnel és hidrogénnel.
Oxigénabszorpció: A kemény és törékeny oxidréteg (Case) kialakulása a felületen csökkentheti az alkatrészek fáradási szilárdságát és szívósságát.
Hidrogén abszorpció: hidrogén ridegséget okozhat, ami az anyag plaszticitásának csökkenéséhez vezet.
5. Rossz hővezető képesség: A titán hővezető képessége körülbelül 1/5-e az acélnak és 1/15-e az alumíniumnak. Ez nagy hőmérséklet-különbséghez vezet a tuskó belső és külső része között a kovácsolás melegítése során, ami könnyen hőfeszültséget generál; A kovácsolás deformációja során a hő nem oszlik el könnyen, ami helyi túlmelegedést eredményez, amely a deformációs zónában koncentrálódhat, és meghaladhatja a megengedett kovácsolási hőmérsékletet.
6. Magas alakváltozási ellenállás és szűk plaszticitási tartomány: A titánötvözetek nagy szilárdságúak szobahőmérsékleten, és nehezen deformálódnak. A kovácsolást meghatározott hőmérsékleti tartományon belül kell elvégezni. Ha a hőmérséklet túl magas, az durva szemcséket (törékenységet) vagy túlégést okozhat. Ha a hőmérséklet túl alacsony, az a deformációval szembeni ellenállás meredek növekedését okozza, és megrepedhet.
Kovácsolási folyamat folyamata
A titánötvözetek kovácsolása általában a következő kulcsfontosságú lépéseket követi:
1. Anyagvágás
Általában szalagfűrészt vagy esztergagépet használnak a vágáshoz, hogy biztosítsák, hogy a homlokfelület lapos, sorja- és repedésmentes legyen, hogy megakadályozzák a repedés továbbterjedését a melegítés és a kovácsolás során.
2. Fűtés
Ez a legfontosabb felkészülési folyamat.
Fűtési hőmérséklet: szigorúan az ötvözet minőségének megfelelően meghatározott. Általában 20-50 C-on kovácsolják a fázisátmeneti pont (T ) alatt (a + zónában) vagy T felett (a zónában). Az általánosan használt ötvözetek, például a TC4 (Ti-6Al-4V) kovácsolási hőmérséklet-tartománya körülbelül 900-950 °C.
3. Fűtőberendezések: Elektromos kemencéket vagy védőgázzal védett kemencéket kell használni. A gázszennyezés minimalizálása érdekében előnyben részesítse az ellenőrzött atmoszférájú kemencék vagy a vákuumkemencék ajánlását. Ha normál ellenállású kemencét használunk, akkor a kemencében enyhén oxidáló atmoszférát kell fenntartani, hogy elkerüljük a redukáló atmoszférát (a hidrogénezés elkerülése érdekében).
Fűtési idő: a tuskó méretének megfelelően meghatározva, egyenletes hőmérsékletet biztosítva a tuskó belsejében és kívül. A rossz hővezető képesség miatt a hevítési idő általában hosszabb, mint az acélé.
