Kui raske on titaani sepistada? - Blogi

Titaanisulamist sepistamineon metallitöötlemises äärmiselt keeruline protsess, mis on palju keerulisem kui tavaliste terase või alumiiniumisulamite sepistamine. See raskus tuleneb materjalile omastest füüsikalistest ja keemilistest omadustest, mis esitavad tõsiseid väljakutseid viies põhivaldkonnas: temperatuuri reguleerimine, nõuded seadmetele, vormimisraskused, mikrostruktuuri kontroll ja defektide ennetamine.

Peamised väljakutsed (miks see on keeruline)

1. Äärmiselt kõrge keemiline reaktsioonivõime (kõrge{1}}temperatuuri "toksilisus")

Oksüdatsioon kõrgel-temperatuuril ja vesiniku neeldumine: titaan oksüdeerub kiiresti üle 400 kraadi ja neelab suures koguses hapnikku, lämmastikku ja vesinikku üle 600 kraadi, moodustades pinnale kõva ja rabeda -kesta (saastekihi) ning tekitades selle seesmiselt hapra faasi, mis põhjustab selle kasutamise ja pragunemise otse.

Kaitse on hädavajalik: sepistamine peab toimuma vaakumi või inertgaasi (argooni) kaitse all või klaasimäärdeainega kaitsva kattega; tavaõhus soojendamine on täiesti ebapraktiline.

2. Äärmiselt halb soojusjuhtivus (äärmuslik temperatuurikontrast pinna ja südamiku vahel)

Soojusjuhtivus on vaid 1/5 kuni 1/3 terase omast.

Pärast tooriku ahjust eemaldamist jahtub pind ülikiiresti, samal ajal kui südamik püsib kõrgel temperatuuril, tekitades tohutu temperatuurigradiendi.

Tagajärjed: kõrge pinna deformatsioonikindlus ja madal plastilisus põhjustavad pragunemist; südamiku ülekuumenemise tagajärjeks on jämedad terad; mikrostruktuur ja deformatsioon on pinna ja südamiku vahel äärmiselt ebaühtlased.

3. Äärmiselt kõrge deformatsioonikindlus (raske "deformeerida")

Samal temperatuuril on deformatsioonikindlus 2–3 korda suurem kui süsinikterasel.

Isegi väike temperatuuri langus põhjustab takistuse järsku hüppeid.

Nõuded: suure-tonnaažiga pressid (nt 8000–100 000-tonnine kiirsepistamine/stantsimine) ja suure-tugevusega kuumuskindlad stantsid.

4. Äärmiselt kitsas sepistamistemperatuuri aken (minimaalne veavaru)

Tüüpiline näide on

Gr5 (Ti-6Al-4V): optimaalne vahemik on 950–1050 kraadi, ulatus vaid 100 kraadi.

Overheating: >1050 kraadi → Terakasv, Widmanstätteni struktuur, omaduste drastiline langus.

Alajahutus:<900°C → Drastic increase in resistance, extremely high risk of cracking.

Täpne temperatuuri reguleerimine vahemikus ±10–20 kraadi on kohustuslik, mis nõuab kütmisel, temperatuuri mõõtmisel ja juhtimisel ülikõrgeid standardeid.

5. Halb voolavus, kõrge viskoossus, kalduvus vormi külge kleepuda

Kõrge temperatuuriga-titaanisulamitel on kõrge viskoossus, mis muudab metalli voolamise keeruliseks ja põhjustab õõnsuste halva täitumise.

Need on väga altid hallituse külge kleepuma, mis võib pinda kriimustada ja põhjustada vormimishäireid.

Vaja on spetsiaalseid kuumuskindlaid-määrdeaineid ja vormi eelkuumutamist kõrgel-temperatuuril.

6. Mikrostruktuur on äärmiselt tundlik (mikrostruktuur määrab edu või ebaõnnestumise)

Mikrostruktuur on väga tundlik temperatuuri, deformatsioonikiiruse ja deformatsiooni suhtes.

Defektseid mikrostruktuure (jäme Widmanstätteni struktuur, korvi{0}}kudumisstruktuur, eraldatus) on kuumtöötlemisega raske parandada.

Erinevate sektsioonide ebaühtlane mikrostruktuur → märkimisväärsed jõudluse kõikumised ja madal väsimus.

7. Tundlik defektide suhtes ja altid pragunemisele

Peamised vead: pinnapraod, sisemised mikropraod, ülekuumenemisest tekkinud jämedad terad, oksüdatsioonisaaste, mikrostruktuuriline eraldumine, pinna ebatasasused ja lisandid.

Väiksemad defektid võivad järgneval töötlemisel või{0}}kasutamise ajal levida ja murduda.

Kokkuvõte: kui raske see on?

Võrreldes tavalise terasega: 5–10 korda raskem

Võrreldes alumiiniumisulamitega: 3–5 korda raskem

Tööstusharu konsensus: titaanisulamist sepistamine on kuumtöötlemisprotsesside krooniks ja tipptasemel tootmises{0}.

Lihtosad (vardad, kettad, rõngad): keskmise raskusastmega; sobib stabiilseks masstootmiseks.

High performance titanium alloy forging rings