Anàlisi de diversos tipus de fissures en la forja d'aliatge de titani
Els aliatges de titani s’utilitzen àmpliament en els camps aeroespacials, de la construcció naval i biomèdica a causa de la seva alta resistència específica, resistència a la corrosió i resistència a alta temperatura. No obstant això, els defectes d’esquerdament són propensos a produir -se durant el procés de forja, afectant greument la qualitat del producte i l’eficiència de la producció. Aquest article revisa sistemàticament els tipus de cracking habituals en la forja d’aliatge de titani, combinant casos típics amb punts de control de processos clau per proporcionar referència tècnica per a la indústria.
Cracking de la cara final: la "ferida fatal" de la forja inicial
L’esquerdament de la cara final és un dels defectes més comuns en la forja d’aliatge de titani, sovint que es produeix durant l’escenari que molesta o el dibuix del lingot. La seva característica característica és una fissura que es propaga radialment al llarg de la cara final de la factura i, en casos greus, pot evitar que es forci més. Les principals causes inclouen:
Defectes metal·lúrgics residuals:L’eliminació incompleta de les cavitats de contracció al capçal del lingot o el fred tancat a la cua pot convertir -se en fonts de fissures sota pressió de forja. Per exemple, un lingot d’aliatge de titani TC4-LC es va desenvolupar a través del forat al costat durant el primer incendi de dibuix a causa de l’eliminació incompleta dels porus de la superfície.
Gradients de temperatura descontrolats:Durant la molèstia, el contacte entre la cara final i l’enclusa del martell provoca una ràpida dissipació de calor. Durant el dibuix, la taxa de refrigeració a la porció de la cara final supera els 30 graus /s, provocant una britivitat localitzada.
Deformació desigual:La reducció excessiva en una sola passada o la velocitat de deformació excessiva dificulta el flux metàl·lic al nucli de la cara final, donant lloc a esquerdes enfonsades. En una barra d’aliatge de titani TA15 que mesura aproximadament 85 mm de diàmetre, es van detectar esquerdes internes de fins a 12 mm de profunditat al nucli a causa de la velocitat excessiva de dibuix.
Mesures preventives: utilitzeu proves d’ultrasons per eliminar a fons els defectes del lingot. Cobriu la cara final del billet amb llana d’aïllament durant les molèsties, controleu la reducció per passada a menys o igual a 15 mm, i optimitzeu la temperatura de preescalfament d’enclusa del martell a superior o igual a 300 graus.
Cracking plegable: un "assassí de superfície" ocult
Els cracking plegables generalment resulten del flux de metall pertorbat durant el procés de forja i es manifesta com a defectes en capes dins o dins de la factura. Els mecanismes de formació es poden classificar en tres tipus:
Defectes inicials:Els lingots amb una relació d’alçada a diàmetre superior o igual a 2,5 o ranures residuals del mostreig intermedi, que provoquen un plegament de metalls al llarg dels defectes durant la molèstia. Un billet d’aliatge de titani TB6 va desenvolupar esquerdes plegables de fins a 8 mm de profunditat després de forjar a causa de les ranures de mostreig sense polir.
Errors de procés:La factura s’inclina durant la serra, donant lloc a un canvi sobtat de la secció. El fet de no polir les cantonades afilades durant la volta de 180 graus i el processament continuat pot causar plegament.
Defectes del procés auxiliar:Les marques d’eines de mecanitzat, la intrusió d’escala d’òxid i altres defectes es poden expandir en plecs durant la posterior forja.
Un cas típic: Durant la forja d’un disc del motor d’avions, l’escala d’òxid no es va netejar des de la superfície de separació, donant lloc a una profunditat excessiva de plecs i una taxa de ferralla del 30%. Solució: implementa estrictament el sistema de "tres inspeccions" (autoinspecció, inspecció mútua i inspecció especialitzada), realitzant proves penetrants de colorants a la superfície de la factura per controlar la profunditat de plecs a menys o igual a 0,5 mm.
Esquivar i esquerdes internes: una "crisi orgànica" més profunda
Les llàgrimes sovint es produeixen durant l’etapa de deformació a la tracció, que es manifesta com a esquerdes transversals. Les seves causes arrels són:
Paràmetres de deformació no controlats:La reducció excessiva o la taxa de reducció excessiva en una sola passada condueix a un flux de metall desigual. En una llosa d’aliatge de titani TB6, a causa d’una reducció d’un sol costat de 60mm, la profunditat de la llàgrima superava la meitat del gruix de la placa.
Desgast d'eines:El desgast a la vora de l’enclusa provoca la concentració d’estrès. En un altre eix de pas d’aliatge de titani TC4-DT, la deformació de l’enclusa va causar esquinçar-se a la transició del pas.
Les esquerdes internes s’amaguen dins del billet i es troben habitualment en materials de calibre petit (Ø inferiors o iguals a 90mm) o aliatges difícils de deformar (com Ti3al i Ti2alNB). La seva formació està relacionada amb els factors següents:
Segregació metal·lúrgica:La segregació d’elements refractaris com el tungstè i el molibdè condueix a la reducció de la plasticitat localitzada. Durant la detecció de defectes d’un aliatge de titani TA15, es van descobrir esquerdes internes al nucli i l’anàlisi va demostrar que eren causades per la segregació de NB.
Falla de gestió de la temperatura:Les temperatures baixes de xameatge o la forja inversa, donant lloc a gradients de temperatura superiors als 50 graus. Un determinat aliatge TI60 va desenvolupar esquerdes internes longitudinals superiors a 200 mm de longitud a la xamera a causa del refredament excessivament ràpid de l'aigua.
Optimització de processos: es va adoptar un procés de forja multidireccional (cicles d’aspecte que s’estenguin molestos), i es va realitzar un recuit intermedi quan la deformació acumulada va superar el 70%. Es va instal·lar un sistema d’imatge tèrmica d’infrarojos per assegurar -se que la diferència de temperatura de la factura es mantingués per sota dels 30 graus.
Cracking trencadís: el "taló d'Aquil·les" d'aliatges d'alta temperatura
Els aliatges de titani a alta temperatura difícil de deformar (com TC19 i IMI 834) són extremadament sensibles a la temperatura i són propensos a un esquerdament trencadís durant la forja:
Temperatura de forja final excessivament baixa:Per sota de la temperatura de recristalització, la plasticitat del metall baixa bruscament. Un cert material de prova d’aliatge de titani d’alta temperatura, amb una temperatura final de forja de només 980 graus, gairebé es va trencar a causa de l’esquerdament.
Defectes del procés de calefacció:Les taxes de calefacció excessivament ràpides van donar lloc a un gradient de temperatura superior a 100 graus entre els extrems i el centre. Un lingot Ti3al va patir fractura trencadissa localitzada durant la calefacció a causa de l’embolcall d’aïllament desigual.
Mètodes de refrigeració inadequats:El refredament d’aigua post-forging va provocar concentració d’estrès. Durant l’arrodoniment de l’aliatge TC19, es van desenvolupar esquerdes longitudinals a causa de les taxes de refrigeració diferencials a les vores xamejades.
Estratègies de prevenció i control: implementa un procés de calefacció escenificat (per exemple, tres etapes de retenció a 600 graus, 800 graus i 1000 graus), mantenint la temperatura final de forja a 50 graus del punt de transformació. Per a aliatges difícils de deformar, utilitzeu revestiment d’amiant. Per a un aliatge TA12A, la taxa de rendiment de forja va augmentar del 63,29% al 71,45% a través del revestiment de l’amiant.
Les esquerdes de superfície i la capa trencadissa alfa: ocults "Killers de rendiment"
Les esquerdes superficials són sovint causades per temperatures de forja final excessivament baixes o temps de contacte perllongar -se. Es va trobar que una closca d'aliatge de titani tenia a través de les caigudes durant el mecanitzat. La causa principal va ser la formació d’una capa alfa rica en oxigen (fins a 0,2 mm de gruix) durant el recuit isotèrmic després de la matriu, que va augmentar la duresa de la superfície en un 30% i va augmentar significativament la britivitat.
Solució:
Aplicació de lubricant:Utilitzeu el lubricant de vidre durant la forja de la premsa per reduir la fricció entre la factura i la matriu; Escurceu el temps de contacte entre la factura i la mort inferior a menys o igual a 2s durant la forja de martell.
Control de l'atmosfera:Mantenir una atmosfera lleugerament oxidant (contingut o₂ inferior o igual al 0,5%) al forn durant la forja o el tractament tèrmic. Parts de recobriment de buit amb contingut excessiu d’hidrogen.
La prevenció i el control de l’esquerdament en la forja d’aliatge de titani requereix un enfocament complet a tota la cadena metal·lúrgica, de procés i d’equips. El risc d’esquerdament es pot reduir significativament optimitzant el perfil de temperatura de calefacció (per exemple, controlant la temperatura inicial de forja 150-250 graus per sobre del punt de transformació), implementant processos de forja multi-direcció i reforçant les proves ultrasòniques en línia (freqüència superior o igual a dues vegades per incendi). En el futur, amb l’aplicació de la tecnologia de bessons digitals en la simulació de processos de forja, la predicció i el control de l’esquerdament d’aliatges de titani avançarà cap a una precisió més elevada, proporcionant un suport de materials més fiable per a la fabricació d’equips de gamma alta.
