Analyse van verschillende scheurtypen in het smeden van titaniumlegering
Titaniumlegeringen worden veel gebruikt in ruimtevaart-, scheepsbouw- en biomedische velden vanwege hun hoge specifieke sterkte, corrosieweerstand en weerstand van hoge temperatuur. Cracking -defecten zijn echter vatbaar voor optreden tijdens het smeedproces, waardoor de productkwaliteit en de productie -efficiëntie ernstig worden beïnvloed. Dit artikel beoordeelt systematisch veel voorkomende kraaktypen in het smeden van titaniumlegering, waarbij typische gevallen worden gecombineerd met belangrijke procescontrolepunten om technische referentie voor de industrie te bieden.
Eind gezicht kraken: de "fatale wond" van de eerste smeeding
Het kraken van eindgezicht is een van de meest voorkomende defecten in het smeden van titaniumlegering, die vaak voorkomt tijdens de ingots van streek of tekens. Het karakteristieke kenmerk is een scheur die zich radiaal langs het eindgezicht van de knuppel voortplant, en in ernstige gevallen, kan verdere smeeding voorkomen. De belangrijkste oorzaken zijn:
Resterende metallurgische defecten:Onvolledige verwijdering van krimpholtes aan het hoofd van de ingot of de koude dicht bij de staart kan scheurbronnen worden onder smeeddruk. Een TC4-LC-titaniumlegering ontwikkelde bijvoorbeeld door gaten kraken aan de zijkant tijdens de eerste trekkingsbrand vanwege onvolledige verwijdering van ondergrondse poriën.
Ongecontroleerde temperatuurgradiënten:Tijdens het verstoren veroorzaakt het contact tussen het eindvlak en het hamer aambeeld snelle warmteafwijking. Tijdens het tekenen is de koelsnelheid bij het uitpuilende gedeelte van het eindgezicht groter dan 30 graden /s, wat gelokaliseerde brosheid veroorzaakt.
Ongelijke vervorming:Overmatige vermindering van een enkele pass of overmatige vervormingssnelheid belemmert de metaalstroom in de kern van het eindvlak, wat resulteert in verzonken scheuren. In een TA15 -titaniumlegeringsbalk met een diameter met een diameter van ongeveer 85 mm, werden interne scheuren tot 12 mm diep gedetecteerd in de kern vanwege overmatige tekensnelheid.
Preventieve maatregelen: gebruik ultrasone tests om ingot -defecten grondig te verwijderen. Bedek het billet -eindvlak met isolatiewol tijdens het verstoren, regelt de reductie per pass tot minder dan of gelijk aan 15 mm en optimaliseer de hamer aambeeld voorverwarmingstemperatuur tot groter dan of gelijk aan 300 graden.
Vouwen kraken: een verborgen "oppervlaktekoorden"
Vouwen kraken is typisch het gevolg van verstoorde metaalstroom tijdens het smeedproces en manifesteert zich als gelaagde defecten op of binnen de knuppel. De formatiemechanismen kunnen worden onderverdeeld in drie typen:
Eerste defecten:Ingots met een hoogte-diameter verhouding groter dan of gelijk aan 2,5 of resterende groeven van tussenliggende bemonstering, die metaal vouwen veroorzaken langs de defecten tijdens verontrusten. Een tb6 titanium legering billet ontwikkelde vouwscheuren tot 8 mm diep na het smeden vanwege ongepolijste bemonsteringsgroeven.
Procesfouten:De billet kantelt tijdens het zagen, wat resulteert in een plotselinge verandering in dwarsdoorsnede. Het niet polijsten van scherpe hoeken gedurende 180 graden flippen en voortdurende verwerking kan vouwen veroorzaken.
Hulpprocesafwijkingen:Bewerkingsgereedschapsmarkeringen, inbreuk op de oxide -schaal en andere defecten kunnen tijdens de daaropvolgende smeden zich uitbreiden naar vouwen.
Een typisch geval: Tijdens het smeden van een vliegtuigmotorschijf werd de oxideschaal niet gereinigd van het afscheidsoppervlak, wat resulteerde in overmatige vouwdiepte en een schrootsnelheid van 30%. Oplossing: implementeer het systeem "drie inspecties" strikt (zelfinspectie, wederzijdse inspectie en gespecialiseerde inspectie), het uitvoeren van kleurstof penetrant testen op het biljetoppervlak om de vouwdiepte te regelen tot minder dan of gelijk aan 0,5 mm.
Scheuren en interne scheuren: een diepere "organische crisis"
Tranen komen vaak voor tijdens de trekvervormingsfase, die zich manifesteren als dwarse scheuren. Hun hoofdoorzaken zijn:
Ongecontroleerde vervormingsparameters:Overmatige reductie of overmatige reductiesnelheid in een enkele pass leidt tot ongelijke metaalstroom. In één TB6-titaniumlegeringsplaat overschreed de traandiepte de helft van de plaatdikte vanwege een reductie van 60 mm door een enkele reductie van 60 mm.
Gereedschapslijtage:Draag op de rand van het aambeeld veroorzaakt stressconcentratie. In een andere TC4-DT titaniumlegeringsstapas veroorzaakte vervorming van het aambeeld scheuring bij de stapovergang.
Interne scheuren zijn verborgen in de knuppel en worden vaak aangetroffen in small-gauge-materialen (Ø minder dan of gelijk aan 90 mm) of moeilijk te vervormen legeringen (zoals Ti3al en Ti2alnb). Hun formatie is gerelateerd aan de volgende factoren:
Metallurgische segregatie:Segregatie van refractaire elementen zoals wolfraam en molybdeen leidt tot gelokaliseerde plasticiteitsvermindering. Tijdens foutdetectie van een TA15 -titaniumlegering werden interne scheuren ontdekt in de kern en analyse toonde aan dat ze werden veroorzaakt door NB -segregatie.
Falen van temperatuurbeheer:Lage afschuining temperaturen of omgekeerde smeden resulterend in temperatuurgradiënten van meer dan 50 graden. Een bepaalde Ti60 -legering ontwikkelde longitudinale interne scheuren van meer dan 200 mm lengte bij de afscheiding door te snelle waterkoeling.
Procesoptimalisatie: een multidirectioneel smedenproces (verstoorde-stratende-op-setting-cycli) werd aangenomen, met tussenliggende gloeien uitgevoerd toen de cumulatieve vervorming 70%overschreed. Een infrarood thermisch beeldvormingssysteem werd geïnstalleerd om ervoor te zorgen dat het billettemperatuurverschil onder de 30 graden bleef.
Brosse kraken: de "Achilles 'hiel" van legeringen op hoge temperatuur
Moeilijk te vervormen titaniumlegeringen op hoge temperatuur (zoals TC19 en IMI 834) zijn extreem gevoelig voor temperatuur en zijn vatbaar voor bros kraken tijdens smeed:
Overmatig lage laatste smeedtemperatuur:Onder de herkristallisatietemperatuur daalt de plasticiteit van het metaal scherp. Een bepaald titaniumlegeringstestmateriaal met hoge temperatuur, met een uiteindelijke smeedtemperatuur van slechts 980 graden, brak bijna door kraken.
Verwarmingsprocesafwijkingen:Overmatig snelle verwarmingssnelheden resulteerden in een temperatuurgradiënt groter dan 100 graden tussen de uiteinden en het midden. Een Ti3al Ingot leed tijdens het verwarmen gelokaliseerde brosse breuk door ongelijkmatige isolatiebepaling.
Onjuiste koelmethoden:Post-forging waterkoeling veroorzaakte stressconcentratie. Tijdens het afronden van de TC19 -legering ontwikkelden longitudinale scheuren als gevolg van differentiële koelsnelheden aan de afgeschuinde randen.
Preventie- en besturingsstrategieën: implementeer een geënsceneerd verwarmingsproces (bijv. Drie vasthoudens in 600 graden, 800 graden en 1000 graden), waardoor de uiteindelijke smeedtemperatuur binnen 50 graden van het transformatiepunt wordt gehandhaafd. Gebruik de bekleding van asbestbekleding voor moeilijk te verwennen legeringen. Voor een TA12A -legering steeg het smedenopbrengstpercentage van 63,29% tot 71,45% door asbestbekleding.
Oppervlaktescheuren en de alpha brosse laag: verborgen "prestatiemoordenaars"
Oppervlaktescheuren worden vaak veroorzaakt door overmatig lage laatste smeedtemperaturen of langdurige dobbelsteencontacttijd. Een titaniumlegeringsschaal bleek door middel van cracks te zijn tijdens ruwe bewerking. De oorzaak was de vorming van een zuurstofrijke alfablader (tot 0,2 mm dik) tijdens isotherme gloeien na het smeden, wat de oppervlaktehardheid met 30% verhoogde en een aanzienlijk verhoogde brosheid.
Oplossing:
Smeermiddeltoepassing:Gebruik glassmeermiddel tijdens het smeden van de pers om wrijving tussen de knuppel en de dobbelsteen te verminderen; Verkort de contacttijd tussen de knuppel en de lagere dobbelsteen tot minder dan of gelijk aan 2s tijdens het smeden van de hamer.
Atmosfeer controle:Houd een enigszins oxiderende atmosfeer (O₂ -gehalte kleiner dan of gelijk aan 0,5%) in de oven tijdens het smeden of warmtebehandeling. Vacuüm gegloeide delen met overmatig waterstofgehalte.
Het voorkomen en beheersen van kraken in het smeden van titanium vereist een uitgebreide aanpak over de hele metallurgische, proces- en apparatuurketen. Het risico op kraken kan aanzienlijk worden verminderd door het verwarmingstemperatuurprofiel te optimaliseren (bijvoorbeeld, het regelen van de initiële smeden temperatuur 150-250 graden boven het transformatiepunt-punt), het implementeren van multidirectionele smeedprocessen en het versterken van online ultrasone tests (frequentie groter dan of gelijk aan 2 keer per brand). In de toekomst, met de toepassing van digitale Twin-technologie bij het simuleren van processen, zal de voorspelling en controle van het kraken van titaniumlegering naar een hogere precisie gaan, waardoor betrouwbaardere materiaalondersteuning wordt geboden voor hoogwaardige apparatuurproductie.
