Metallurgische Verarbeitungstechnologie und Reinigung von Schmiedestücken aus Titanlegierungen

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technik werden die Anforderungen an die Materialeigenschaften immer höher. Titanlegierungen sind aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften nach und nach zu einem Forschungsschwerpunkt geworden. Das Schmieden von Titanlegierungen ist ein wichtiger Metallumformprozess. Allerdings sind Schmiedeteile aus Titanlegierungen während des Produktionsprozesses anfällig für Fehler wie Einschlüsse und Zunder, die die Leistung der Schmiedeteile beeinträchtigen.

Viele Schmiede- und Verarbeitungsmethoden für Materialien werden ebenfalls ständig weiterentwickelt. Aus Titanlegierungen geschmiedete Produkte sind auf dem Markt weit verbreitet. Die Technologie der Schmiedeverarbeitung wird immer ausgereifter. Die Schmiedemetallurgie von Titanlegierungen ist relativ weit verbreitet. Erfahren Sie mehr über das Schmieden von Titanlegierungen. der metallurgischen Aufbereitungstechnik und Reinigung.

⑴. Direkte Metall-Laser-Sinter-Rapid-Prototyping-Technologie

Die Rapid-Prototyping-Technologie des direkten Lasersinterns von Metall nutzt umfassend fortschrittliche Lasertechnologie, Pulvertechnologie und Computersteuerungstechnologie, um eine direkte Verarbeitung und Formung nahezu dichter Metallteile zu erreichen. Zunächst wird mithilfe eines computergestützten Designsystems (CAD) ein dreidimensionales Teilmodell des Zielprodukts erstellt, und anschließend wird das digitale Modell in eine Reihe zweidimensionaler Schichtstrukturen zerlegt. Der Computer steuert die Bewegung des Laserstrahls und das Pulverpflastersystem bewegt sich synchron, um das Legierungspulver aufzutragen. Nach dem Sintern einer Schicht Feinpulver beginnt das System erneut mit dem Sintern einer neuen Schicht und bildet schließlich nach dem Sintern Schicht für Schicht eine dreidimensionale Einheit des Produkts.

⑵. Selektive Elektronenstrahl-Beschichtungstechnologie

Die selektive Elektronenstrahl-Beschichtungstechnologie ist eine Fertigungstechnologie, bei der hochenergetische Elektronenstrahlen verwendet werden, um vorgemischtes Titan-Mischpulver zu bombardieren und es Schicht für Schicht zu sintern. Das Titanmetallpulver schmilzt und sintert unter dem Beschuss des Elektronenstrahls zu einer Schicht und verbindet sich mit der unteren Schicht, die abgekühlt und geformt wurde. Das schwedische Unternehmen Arcam nutzte diese Technologie zur Entwicklung des EBM S12-Systems. Die Elektronenstrahlquelle des Geräts erhitzt den oberen Glühfaden auf über 2500 Grad, um Elektronen freizusetzen. Sie werden von der Anode beschleunigt und durch die Fokussierungsspule geleitet, um einen nach unten gerichteten Elektronenstrahl zu bilden. Die Ablenkung des Elektronenstrahls kann durch ein Magnetfeld gesteuert werden. Die Energie des Elektronenstrahls wird durch den Strom gesteuert und die erzeugte Leistung kann 4 kW erreichen. Während der Bearbeitung verteilt ein Pulververteiler eine Pulverschicht auf der Arbeitsebene in der Vakuumkammer, anschließend wandelt die Workstation die dreidimensionale Modellierungsdatei des Werkstücks in Bauteile um.

Schichtprofildaten erfasst und an das Leitsystem übermittelt. Basierend auf den gelesenen Profildaten steuert das Steuersystem den Elektronenstrahl, um ein selektives Sintern gemäß einem bestimmten Scanpfad durchzuführen. Das Titanmetallpulver wird unter dem Beschuss des Elektronenstrahls Schicht für Schicht gesintert und angesammelt, bis die oberste Schicht des gesamten Teils gesintert ist. Die Pulverform im ungesinterten Bereich ändert sich nicht und nach der Reinigung können die erforderlichen dreidimensionalen Titanlegierungsteile erhalten werden. Dieses System wird hauptsächlich bei der Herstellung von Titanlegierungskomponenten in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobile und medizinische Implantate eingesetzt. Die gesinterte Ti-6AI-4V-Titanlegierung weist eine gute metallografische Struktur und hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Die angegebene Streckgrenze beträgt 910–940 MPa, die Zugfestigkeit beträgt 950–990 MPa, die Rockwell-Härte beträgt 30–35 HRC und der Elastizitätsmodul beträgt 120 GPa. In praktischen Anwendungen gibt es jedoch immer noch Probleme, da die Fertigungsgröße nur begrenzt ist (die maximale Fertigungsgröße beträgt nur 250 x 250 x 200 mm) und das Rohmaterial Titanpulver speziell bereitgestellt werden muss.

⑴ Fehleranalyse von Schmiedestücken aus Titanlegierungen

Während des Schmiedeprozesses von Schmiedestücken aus Titanlegierungen kann es aufgrund des Vorhandenseins von Einschlüssen wie Gasen und Oxiden im Metall leicht zu Defekten wie Rissen, Poren und Lockerheit in den Schmiedestücken kommen, die die Leistung der Schmiedestücke ernsthaft beeinträchtigen. Daher ist die Reinigung von Schmiedestücken ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Qualität von Schmiedestücken.

⑵Klassifizierung des Reinigungsprozesses beim Schmieden von Titanlegierungen

Derzeit umfassen die Reinigungsverfahren zum Schmieden von Titanlegierungen hauptsächlich mechanische Reinigung, chemische Reinigung und elektrolytische Reinigung. Die mechanische Reinigung umfasst hauptsächlich Strahlreinigung, Polierreinigung usw.; Die chemische Reinigung umfasst hauptsächlich Beizen, Alkalireinigung usw.; Die elektrolytische Reinigung umfasst hauptsächlich die elektrochemische Entfernung von Ablagerungen, elektrolytisches Polieren usw.

⑴Der Reinigungseffekt ist nicht optimal

Aufgrund der Eigenschaften einer Titanlegierung lässt sich der oberflächliche Oxidfilm nur schwer entfernen und neigt zur Wasserstoffversprödung. Darüber hinaus kann ein Teil des Reinigungsprozesses leicht zu einer Erhöhung der Oberflächenrauheit von Titanlegierungen führen, was sich auf das Ermüdungsverhalten von Schmiedestücken auswirkt.

⑵ Der Reinigungsprozess verursacht eine erhebliche Umweltverschmutzung

Einige Reinigungsprozesse erfordern den Einsatz chemischer Reagenzien wie Säuren und Laugen, die bei der Anwendung leicht zu Umweltverschmutzungen führen können.

⑶ Der Prozess ist komplex und die Kosten hoch

Der Reinigungsprozess beim Schmieden von Titanlegierungen ist komplex und erfordert mehrere Prozesse. Einige Prozesse erfordern den Einsatz spezieller Ausrüstung, was zu höheren Kosten führt.

Die metallurgische Verarbeitungstechnologie und die Reinigung von Schmiedestücken aus Titanlegierungen sind von großer Bedeutung für die Verbesserung der Leistung von Schmiedestücken. Angesichts der aktuellen Probleme beim Reinigungsprozess zum Schmieden von Titanlegierungen umfassen zukünftige Entwicklungsrichtungen hauptsächlich umweltfreundliche und umweltfreundliche, hocheffiziente sowie kostengünstige und leistungsstarke Typen. Durch die kontinuierliche Optimierung und Verbesserung der Reinigungsverfahren wird es die breite Anwendung von Schmiedeteilen aus Titanlegierungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizin und anderen Bereichen stark unterstützen.