Analyse verschiedener Crack -Typen bei der Schmieden von Titanlegierungen

Titanlegierungen werden aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohen Temperaturwiderstand häufig in Luft- und Raumfahrt-, Schiffbau- und biomedizinischen Feldern eingesetzt. Cracking -Defekte sind jedoch anfällig für den Schmiedensprozess und beeinflussen die Produktqualität und die Produktionseffizienz ernsthaft. Dieser Artikel überprüft systematisch gemeinsame Crack -Typen bei der Schmieden von Titanlegierungen und kombiniert typische Fälle mit wichtigen Prozesskontrollpunkten, um technische Referenzen für die Branche bereitzustellen.

Endgesichtsrisse: Die "tödliche Wunde" der ersten Schmieden

Endgesichtsrisse sind eines der häufigsten Mängel bei der Schmieden von Titanlegierungen, die häufig während der Ingot -Stör- oder Zeichnungsstadien auftreten. Sein charakteristisches Merkmal ist ein Riss, der sich radial entlang der Endfläche des Billets ausbreitet und in schweren Fällen ein weiteres Schmieden verhindern kann. Die Hauptursachen sind:

Reste metallurgische Defekte:Die unvollständige Entfernung von Schrumpfhöhlen am Kopf des Spur oder die Kälte am Schwanz kann unter Schmiedendruck zu Rissquellen werden. Zum Beispiel entwickelte sich eine Tc4-LC-Titanlegierung, die während des ersten Zeichnungsfeuers durch unvollständiges Entfernen von Untergrundporen durch das Loch knacken.

Unkontrollierte Temperaturgradienten:Während der Störung führt der Kontakt zwischen dem Endgesicht und dem Hammer -Amboss zu einer schnellen Wärmeableitung. Während des Zeichnens übersteigt die Kühlrate im ausgelösten Teil der Endfläche 30 Grad /s, was zu lokalisierte Sprödigkeit führt.

Ungleiche Deformation:Eine übermäßige Verringerung eines einzelnen Pass oder einer übermäßigen Verformungsgeschwindigkeit behindert den Metallfluss im Kern des Endflusses, was zu versunkenen Rissen führt. In einem TA15 -Titanlegierungsstangen mit einem Durchmesser von ungefähr 85 mm wurden im Kern aufgrund einer übermäßigen Zeichengeschwindigkeit interne Risse bis zu 12 mm festgestellt.

Vorbeugende Maßnahmen: Verwenden Sie Ultraschalltests, um Ingot -Defekte gründlich zu entfernen. Decken Sie das Billet -Endgesicht mit Isolationswolle während des Störungen ab, kontrollieren Sie die Reduktion pro Pass auf weniger als oder gleich 15 mm und optimieren Sie die Vorheizentemperatur der Hammerverbindung auf mehr oder gleich 300 Grad.

 

Faltenrisse: Ein versteckter "Oberflächenkiller"

Das Faltenrissen resultiert typischerweise aus gestörter Metallströmung während des Schmiedensprozesses und manifestiert sich als Schichtfehler auf oder innerhalb des Billetes. Die Bildungsmechanismen können in drei Typen eingeteilt werden:

Anfangsfehler:Bargots mit einem Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von mehr oder gleich 2,5 oder Restrillen durch Zwischenprobenahme, die während des Störungsstörs Metallfalten entlang der Defekte verursachen. Ein TB6 -Titanlegier -Billet entwickelte nach dem Schmieden aufgrund unpolierter Probenahme -Grooves faltbare Risse.

Prozessfehler:Der Billet neigt sich beim Sägen, was zu einer plötzlichen Veränderung des Querschnitts führt. Das Versäumnis, scharfe Ecken während des 180 -Grad -Flippens und der fortgesetzten Verarbeitung zu polieren, kann zu Falten führen.

Hilfsprozessfehler:Bearbeitungswerkzeugmarkierungen, Oxidskala -Eindringen und andere Defekte können sich während der anschließenden Schmieden in Falten erweitern.

Ein typischer Fall: Während der Schmiedefürmung einer Flugscheibe für Flugzeugmotoren wurde die Oxidskala nicht von der Teilungsfläche gereinigt, was zu einer übermäßigen Falt -Tiefe und einer Schrottrate von 30% führte. Lösung: Implementieren Sie das System "Drei Inspektionen" (Selbstinspektion, gegenseitige Inspektion und spezialisierte Inspektion), und führen Sie Farbstoffpenetranztests auf der Billet-Oberfläche durch, um die Falt-Tiefe auf weniger als oder gleich 0,5 mm zu steuern.

 

Risse und innere Risse: Eine tiefere "organische Krise"

Während der Zugverformungsphase treten häufig Tränen auf und manifestieren sich als Querrisse. Ihre Ursachen sind:

Unkontrollierte Verformungsparameter:Übermäßige Reduktion oder übermäßige Reduktionsrate in einem einzigen Pass führt zu einem ungleichmäßigen Metallfluss. In einer TB6-Titanlegierungsplatte überschritt die Tränentiefe aufgrund einer einseitigen Reduktion von 60 mm die Hälfte der Plattendicke.

Werkzeugkleidung:Abnutzung der Ambossenkante verursacht Spannungskonzentration. In einer anderen TC4-DT-Titanlegierungschrittwelle führte die Verformung des Ambossen beim Stufenübergang zu einem Riss.

Interne Risse werden innerhalb des Billet versteckt und sind üblicherweise in kleinen Materialien (Ø weniger als oder gleich 90 mm) oder in schwer zu detaillierten Legierungen (wie Ti3al und Ti2alnb) zu finden. Ihre Bildung hängt mit den folgenden Faktoren zusammen:

Metallurgische Segregation:Die Trennung von refraktären Elementen wie Wolfram und Molybdän führt zu einer lokalisierten Plastizitätsreduzierung. Während des Fehlers einer Ta15 -Titanlegierung wurden im Kern interne Risse entdeckt, und die Analyse zeigte, dass sie durch NB -Segregation verursacht wurden.

Versagen des Temperaturmanagements:Temperaturen mit niedrigem Abkammern oder umgekehrter Schmieden, was zu Temperaturgradienten von mehr als 50 Grad führt. Eine bestimmte TI60 -Legierung entwickelte aufgrund der übermäßig schnellen Wasserkühlung eine Längsrisse von mehr als 200 mm lang.

Prozessoptimierung: Es wurde ein multidirektionales Schmiedenprozess (störende Aufnahmezyklen) angewendet, wobei die Zwischenanhingung durchgeführt wurde, wenn die kumulative Deformation 70%überstieg. Ein Infrarot -Wärme -Bildgebungssystem wurde installiert, um sicherzustellen, dass die Differenzentemperaturdifferenz unter 30 Grad blieb.

 

Spröde Risse: Die "Achilles 'Ferse" von Hochtemperaturlegierungen

Schwer zu de-distanzierende Hochtemperatur-Titanlegierungen (wie TC19 und IMI 834) sind äußerst empfindlich gegenüber Temperaturen und sind während des Schmiedens zu spröden Rissen anfällig:

Übermäßig niedrige endgültige Schmiedenstemperatur:Unterhalb der Rekristallisierungstemperatur fällt die Plastizität des Metalls stark ab. Ein gewisses Hochtemperatur-Testmaterial mit Titanlegierung mit einer endgültigen Schmiedenstemperatur von nur 980 Grad pleite aufgrund von Rissen nahezu.

Heizungsprozessfehler:Übermäßig schnelle Heizraten führten zu einem Temperaturgradienten von mehr als 100 Grad zwischen den Enden und dem Zentrum. Ein Ti3al -Ingot litt während des Erhitzens aufgrund einer ungleichmäßigen Isolierungsprotokolle in einer lokalen spröden Fraktur.

Unsachgemäße Kühlmethoden:Nach der Wasserkühlung verursachte die Spannungskonzentration. Während der Rundung der TC19 -Legierung entwickelten sich durch Differentialkühlraten an den abgeschrägten Kanten Längsrisse.

Präventions- und Kontrollstrategien: Implementieren Sie einen inszenierten Heizungsprozess (z. B. drei Haltephasen bei 600 Grad, 800 Grad und 1000 Grad), wobei die endgültige Schmiedenstemperatur innerhalb von 50 Grad des Transformationspunkts beibehalten wird. Verwenden Sie für schwer zu fundierte Legierungen die Asbest-Verkleidung. Bei einer TA12A -Legierung stieg die Schmiedensrendite von 63,29% auf 71,45% über Asbestverkleidung.

 

Oberflächenrisse und die Alpha Spotte Layer: Hidden "Performance Killers"

Oberflächenrisse werden häufig durch übermäßig niedrige endgültige Schmiedentemperaturen oder durch längere Kontaktzeit verursacht. Es wurde festgestellt, dass eine Titanlegierungschale während der groben Bearbeitung durch Cracks auftrat. Die Ursache war die Bildung einer sauerstoffreichen Alpha-Schicht (bis zu 0,2 mm dick) während des isothermen Tempers nach dem Schmieding, was die Oberflächenhärte um 30% erhöhte und die Brechigkeit signifikant erhöhte.

Lösung:

Schmiermittelanwendung:Verwenden Sie ein Glasschmiermittel während der Pressemittie -Schmiede, um die Reibung zwischen dem Billet und dem Würfel zu verringern. Verkürzen Sie die Kontaktzeit zwischen dem Billet und dem niedrigeren Würfel auf weniger als oder gleich 2S während des Hammerschmiedes.

Atmosphärenkontrolle:Halten Sie während der Schmieden oder Wärmebehandlung eine leicht oxidierende Atmosphäre (O₂ -Gehalt weniger oder gleich 0,5%) im Ofen bei. Vakuum -Anneal -Teile mit übermäßigem Wasserstoffgehalt.

 

Das Verhindern und Kontrolle von Rissen in der Schmieden von Titanlegierungen erfordert einen umfassenden Ansatz in der gesamten Metallurgie-, Prozess- und Ausrüstungskette. Das Risiko eines Risses kann durch Optimierung des Heiztemperaturprofils (z. B. die Steuerszen der anfänglichen Schmiedemperatur von 150-250 Grad über dem -transformationspunkt), die Implementierung von multidirektionalen Schmiedenprozessen und Stärkung der Online-Ultraschalltests (Frequenz größer als 2-mal 2-mal pro Brand) erheblich reduziert werden. Mit der Anwendung der digitalen Zwillingsentechnologie bei der Simulation des Schmiedensprozesses wird sich die Vorhersage und Kontrolle der Titanlegierungspunkte in Richtung einer höheren Präzision bewegen, was eine zuverlässigere Materialunterstützung für die Herstellung von High-End-Geräten bietet.