Wpływ procesu kucia na mikrostrukturę i właściwości prętów tytanowych

Pręt tytanowy klasy 5materiałami do kucia są głównie czysty tytan i stopy tytanu z różnymi składnikami. Pierwotny stan materiału obejmuje pręty tytanowe, wlewki, proszki metali i ciekłe metale. Stosunek pola przekroju poprzecznego metalu przed odkształceniem do pola przekroju poprzecznego po odkształceniu nazywany jest współczynnikiem kucia. Właściwy dobór współczynnika odkuwania, rozsądna temperatura nagrzewania i czas przetrzymywania, rozsądna początkowa temperatura kucia i końcowa temperatura kucia, rozsądna wielkość odkształcenia i prędkość odkształcenia mają ogromny związek z poprawą jakości produktu i obniżeniem kosztów. Generalnie jako półwyroby do małych i średnich odkuwek stosuje się pręty okrągłe lub kwadratowe. Struktura ziarna i właściwości mechaniczne pręta są jednolite i dobre, kształt i rozmiar są dokładne, jakość powierzchni jest dobra i wygodnie jest organizować masową produkcję. Tak długo, jak temperatura nagrzewania i warunki odkształcania są kontrolowane w rozsądny sposób, odkuwki o doskonałych parametrach można kuć bez dużych odkształceń odkuwki. W samolotach stopy tytanu wykorzystuje się głównie do produkcji głównych elementów naprężających, takich jak dźwigary, podwozie, piasty i przeguby śmigieł; w silnikach stopy tytanu wykorzystywane są głównie do produkcji pierścieni pośrednich, wentylatorów kół, tarcz i łopatek sprężarek itp. podgrzewanych części.

Stopy tytanu są bardzo wrażliwe na parametry procesu kucia. Zmiany temperatury kucia, odkształcenia, odkształcenia i szybkości chłodzenia będą powodować zmiany w mikrostrukturze i właściwościach stopów tytanu. Aby lepiej kontrolować mikrostrukturę i właściwości odkuwek, w ostatnich latach w procesie kucia stopów tytanu szeroko stosowano zaawansowane technologie kucia, takie jak kucie matrycowe na gorąco i kucie izotermiczne. Ogólnie rzecz biorąc, stosując konwencjonalne metody kucia, stopy tytanu mogą po kuciu uzyskać struktury równoosiowe, dzięki czemu mają kształt i wytrzymałość w wysokiej temperaturze pokojowej. Zapewnia wykonalną metodę rozwiązywania formowania dużych i złożonych precyzyjnych odkuwek prętów tytanowych. Metoda ta jest szeroko stosowana w produkcji prętów tytanowych. Jednym z najskuteczniejszych sposobów poprawy płynności prętów tytanowych i zmniejszenia odporności na odkształcenia jest zwiększenie temperatury wstępnego nagrzewania formy. Kucie matrycowe izotermiczne i kucie matrycowe na gorąco zostały opracowane w ciągu ostatnich 20 lub 30 lat w kraju i za granicą.

Jak poprawić wydajność prętów tytanowych klasy 5, do kucia prętów tytanowych można zastosować metodę kucia w matrycy zamkniętej. Odkuwka matrycowa zamknięta musi ściśle ograniczać objętość pierwotnego półwyrobu, co komplikuje proces przygotowania materiału. Decyzję o zastosowaniu kucia matrycowego należy rozważyć z dwóch aspektów: zysku i wykonalności procesu. Późniejsza obróbka cieplna i obróbka tylko końcowego półwyrobu. Temperatura kucia i stopień odkształcenia są podstawowymi czynnikami decydującymi o strukturze i właściwościach stopu. Obróbka cieplna prętów tytanowych różni się od obróbki stali, a kucie matrycowe jest zwykle stosowane do wytwarzania kształtów i rozmiarów zbliżonych do złomu. Nie odgrywa on decydującej roli w strukturze stopu. Dlatego specyfikacja procesu końcowego etapu pręta tytanowego odgrywa szczególnie ważną rolę. Konieczne jest, aby całkowite odkształcenie półwyrobu było nie mniejsze niż 30%, a temperatura odkształcenia nie przekraczała temperatury przejścia fazowego. Aby uzyskać jednocześnie dużą wytrzymałość i plastyczność, temperatura i odkształcenie powinny być rozłożone możliwie równomiernie w całym odkształcanym wykroju.

Po obróbce cieplnej poprzez rekrystalizację, pręt tytanowy klasy 5 i jednorodność wydajności nie są tak dobre, jak odkuwki stalowe. W obszarze intensywnego przepływu metalu małe powiększenie to rozmyte kryształy, a duże powiększenie to drobne kryształy równoosiowe; w obszarze trudnym do odkształcenia, ze względu na niewielką ilość odkształceń lub brak odkształceń, konstrukcja często zachowuje stan sprzed odkształcenia. Dlatego podczas kucia matrycowego niektórych ważnych części prętów tytanowych (takich jak tarcze, łopatki sprężarki itp.), oprócz kontrolowania temperatury odkształcenia poniżej TB i odpowiedniego poziomu odkształcenia, bardzo ważne jest kontrolowanie struktury pierwotnego półwyrobu. W przeciwnym razie gruboziarnista struktura lub pewne wady zostaną odziedziczone w odkuwce i nie będzie można wyeliminować późniejszej obróbki cieplnej, co doprowadzi do złomowania odkuwki.

W obszarze ostrego odkształcenia, gdzie efekt cieplny jest lokalnie skoncentrowany, podczas kucia na młotku odkuwek prętów tytanowych o skomplikowanych kształtach. Nawet jeśli temperatura ogrzewania jest ściśle kontrolowana, temperatura metalu może nadal przekraczać TB stopu. Na przykład, gdy pręt tytanowy o przekroju w kształcie litery I jest kuty matrycowo, młotek jest zbyt ciężki, a lokalna temperatura w środku (obszarze środnika) wynika z efektu termicznego odkształcenia. Krawędź jest lokalnie wysoka o około 100 stopni. Dodatkowo, w obszarze trudnym do odkształcenia oraz w obszarze o krytycznym stopniu odkształcenia, w procesie nagrzewania po kuciu matrycowym łatwo tworzy się gruboziarnista struktura o stosunkowo małej plastyczności i trwałości. Dlatego właściwości mechaniczne odkuwek o skomplikowanych kształtach na młotku są często bardzo niestabilne. Doprowadzi to jednak do gwałtownego wzrostu odporności na odkształcenia, chociaż obniżenie temperatury nagrzewania odkuwki może wyeliminować ryzyko miejscowego przegrzania półfabrykatu. Zwiększone zużycie narzędzi i pobór mocy powodują konieczność stosowania mocniejszego sprzętu. Podczas kucia swobodnego straty zadziorów stanowią 15%-20% masy półfabrykatu. Odpad technologiczny części mocującej (jeżeli część tę należy pozostawić zgodnie z warunkami kucia matrycowego) stanowi 10% masy półwyrobu. Względna utrata metalu zadziorowego występuje zwykle w przypadku półwyrobu. W przypadku niektórych odkuwek o budowie asymetrycznej, dużych różnicach w przekroju poprzecznym oraz odkuwek częściowych, które są trudne do wypełnienia, zużycie zadziorów może sięgać nawet 50%. Chociaż przy kuciu matrycowym w zamkniętej matrycy nie występują straty zadziorów, proces wytwarzania półwyrobów jest skomplikowany, a wiele rowków narzędzi przejściowych niewątpliwie zwiększy koszty pomocnicze.