A liga de titânio é um dos materiais com maior resistência específica dentre os materiais atualmente utilizados. Possui uma série de excelentes propriedades, como forte resistência à corrosão, alta resistência, baixa densidade e desempenho estável em temperatura média. É amplamente utilizado na indústria aeroespacial, biomedicina, indústria de petróleo e energia atômica. É amplamente utilizado em campos de alta tecnologia.
No processo de trabalho a quente de titânio e ligas de titânio, o forjamento livre é um dos principais métodos de processamento. Tomando como exemplo barras de titânio e ligas de titânio, o forjamento livre pode processar barras acabadas e blanks em processos intermediários. Como blank intermediário, é um material que fornece uma certa forma, um certo tamanho, uma certa estrutura e propriedades para processamento posterior, como forjamento e laminação. Para o produto acabado, não apenas a organização e o desempenho do material devem ser rigorosamente controlados, mas também o tamanho e a qualidade da superfície devem atender aos requisitos, e nenhum deles pode ser entregue. Por exemplo, uma barra com um comprimento fixo de Φ152 mais 3/-0×2000mm não pode ser entregue apenas porque uma rachadura é reparada e retificada fora da tolerância em 2mm. Embora possa ser usado para outros fins, afeta o tempo de entrega. No processo de produção real, tais exemplos não são incomuns. Portanto, como adotar a rota de processo correta e método de forjamento razoável para garantir a microestrutura, propriedades e qualidade da superfície do material, especialmente para evitar que os forjados tenham desempenho abaixo do padrão devido à microestrutura ou ao aparecimento de rachaduras e dobras profundas na superfície resultantes em tamanho excessivo, tornou-se uma tecnologia de engenharia. um dos objetos de pesquisa.
Equipamento de forjamento gratuito e principais métodos
Na produção real atual, os fornos de aquecimento comumente usados para forjamento livre incluem forno de carvão, forno a gás natural, forno elétrico e assim por diante. Os dois primeiros fornos de aquecimento são comumente usados para abertura de lingotes. Como a temperatura de aquecimento do forno elétrico é fácil de controlar, a precisão é alta (geralmente ± 10 graus) e o grau de poluição é pequeno, o aquecimento antes do produto acabado geralmente usa um forno elétrico. O equipamento de forjamento inclui martelo de forjamento, prensa hidráulica, máquina de forjamento rápido, etc. Os métodos básicos de forjamento livre de titânio e barras de liga de titânio são trefilação e recalque, ou uma combinação de trefilação e recalque. Obviamente, para barras de tamanho pequeno, como Φ12, Φ20, etc., é necessária a laminação, que não será apresentada aqui.
1. Puxe para fora
A deformação plástica dos metais segue a regra da invariância do volume e a regra da menor resistência. Ao desenhar, o comprimento da peça em bruto torna-se mais longo e a área da secção transversal torna-se menor. O processo é dividido em três etapas: desenho, chanfradura e arredondamento. Ao desenhar, a quantidade de alimentação não deve ser muito grande e geralmente deve ser menor que a largura do blank. Neste momento, o fluxo longitudinal do metal ao longo do blank é maior que o fluxo lateral. Pelo contrário, o escoamento lateral do metal ao longo do blank é maior que o escoamento longitudinal, o que reduz a eficiência da trefilação. Ao mesmo tempo, a quantidade de pressão unilateral deve ser igual ou menor que a quantidade de alimentação, caso contrário, ocorrerão dobras. Além disso, as bordas das bigornas superior e inferior do martelo de forjamento devem ser arredondadas, caso contrário, a dobra também ocorrerá. Ao chanfrar, a força de impacto do martelo de forjamento deve ser menor para evitar trincas no centro e na extremidade do tarugo, e a chanfradura deve ser pontual, caso contrário, trincas podem ocorrer facilmente nas bordas e cantos devido à rápida redução do temperatura da borda. Quando o forjamento começa a ser forjado, a temperatura cai devido ao giro do forno. Neste momento, o martelo deve ser leve e rápido. Após a temperatura subir, o martelo pesado deve ser batido lentamente. Na fase posterior de forjamento, devido à grande queda de temperatura, o martelo deve ser leve e rápido. Caso contrário, o forjamento deve ser batido rapidamente. A superfície é fácil de rachar e até rachaduras internas ocorrem.
Na produção real, a forjabilidade do material também pode ser alterada alterando o estado de tensão. Se a bigorna plana for usada para puxar o comprimento, a bigorna inferior pode ser alterada para uma bigorna em forma de V. Devido ao efeito da tensão de compressão no lado da peça bruta, a tensão de tração no núcleo da peça bruta pode ser reduzida e as rachaduras podem ser evitadas. Baoji Xinglong Titanium Industry Co., Ltd. usa bigornas em forma de V para forjar barras acabadas e semiacabadas de diferentes especificações na bigorna inferior de sua máquina de forjamento rápido 1600T, e o rendimento dos materiais foi efetivamente melhorado.
2. Perturbador
During upsetting, the height of the blank becomes smaller and the cross-sectional area becomes larger. When the amount of deformation is large, the defects such as dendrites and segregation in the center of the billet can be broken more than the elongation, so as to achieve the purpose of improving the structure. During upsetting, the forgings are subjected to axial compressive stress, but there is a maximum shear stress at an angle of 45 degrees to the axis, so oblique cracks are prone to occur along this direction. Occasionally, longitudinal cracks can also occur due to tensile stress. When the upsetting ratio H0/D0 (that is, the ratio of the height to the diameter of the blank) = 3, if the hammering force is insufficient, the two ends of the blank will have a double drum shape. At this time, it should be rounded first. . Sometimes, in order to make the end face flush, the blank should rotate properly in the horizontal direction while the hammer head is pressed down. When H0/D0>3, haverá flexão longitudinal, que deve ser endireitada primeiro e depois virada. Em geral, no processo perturbador, H0/D0<3, and="" it="" is="" best="" to="" be="" in="" the="" range="" of="">
Influência do Forjamento Livre na Microestrutura e Propriedades
No processo de produção real, o diâmetro da barra varia de pequeno a grande, tão pequeno quanto cerca de 10 mm e tão grande quanto 300 mm ou até maior. Materiais de especificações diferentes determinam diferentes rotas de processamento. Para materiais com diâmetros maiores e padrões de desempenho mais altos, se o lingote for esticado em uma barra com o diâmetro necessário, a deformação do material será extremamente irregular e insuficiente, resultando em fragmentação insuficiente da estrutura fundida. A estrutura é irregular, os grãos são grosseiros e o desempenho do material não está à altura do padrão. Portanto, ao processar barras de grande porte, para tornar o material totalmente deformado, a estrutura é uniforme e o tamanho do grão é refinado, de modo a melhorar o desempenho abrangente do material, a combinação de desenho e recalcamento é frequentemente usada repetidamente, e a perturbação é muitas vezes revertida.
Temperatura de deformação, velocidade de deformação e grau de deformação são parâmetros muito importantes no processo de forjamento, que desempenham um papel decisivo na microestrutura e propriedades do material. A temperatura de deformação inclui dois aspectos. É necessário garantir uma temperatura de aquecimento adequada, ou seja, garantir o aquecimento e o forjamento em uma determinada região de fase para garantir a estrutura após o forjamento. Ao mesmo tempo, a temperatura final de forjamento também deve ser rigorosamente controlada. Trincas de forjamento, até mesmo trincas internas são formadas, e a detecção de falhas não é satisfatória e é descartada; a temperatura final de forjamento é muito alta, devido à recristalização estática, causará estrutura grosseira e reduzirá o desempenho. Por exemplo, para barras acabadas de liga de titânio TC4, o forjamento de uma a duas chamas antes do produto acabado deve ser aquecido e forjado na região de duas fases mais. , conhecida como estrutura de três estados, que determina as propriedades abrangentes do material, como resistência e plasticidade. Ao forjar pequenos forjados com um pequeno martelo de forjamento, o aumento de temperatura causado pela velocidade excessiva de deformação é digno de nota. Se a temperatura aumentar durante o processo de forjamento ou estiver muito próxima do corpo de aquecimento durante o aquecimento, a temperatura local exceder o ponto de transição de fase positivo, irá deteriorar a estrutura, como mostrado na Figura b, é reta, os grãos são grossos e há é o contorno de grão, que é chamado de estrutura superaquecida, o que reduz muito o desempenho do material. A velocidade de deformação também é importante. Por exemplo, a velocidade de deformação é muito lenta durante o forjamento com prensa hidráulica e a cristalização dinâmica ocorrerá durante o processo de forjamento, o que é benéfico para melhorar a plasticidade do processamento. No entanto, ao forjar com um martelo de forjamento, a velocidade de deformação é mais rápida. Em alta velocidade de deformação, a recristalização dinâmica geralmente é muito tardia para ser realizada, o que levará a um aumento na resistência à deformação. A velocidade de deformação adequada não fará com que a temperatura dos forjados suba muito para evitar a deterioração da estrutura, nem a temperatura diminua muito, o que requer um controle razoável do número de vezes e do peso do martelo de forjamento.
O tamanho da deformação também tem uma influência muito importante na estrutura e nas propriedades do forjamento. Quando o lingote é aberto, a quantidade de deformação deve ser aumentada, geralmente 70 por cento -80 por cento , a fim de quebrar e melhorar a estrutura de fundição (dendritos, cristais colunares, inclusões, segregação, poros, frouxidão, etc.) . Quando o produto acabado é forjado, a deformação não deve ser muito pequena, geralmente não inferior a 50%, caso contrário, a estrutura de grão fino não será obtida e não deve ser muito grande, caso contrário, a qualidade da superfície do forjamento será deteriorou. Obviamente, se a quantidade de deformação do último incêndio não for suficiente, a temperatura pode ser reduzida adequadamente e uma estrutura melhor também pode ser obtida.
O processo determina a organização e a organização determina o desempenho. Na produção real, vários fatores devem ser considerados de forma abrangente para garantir que o material de forjamento (ou forjamento) que sofreu uma certa quantidade de deformação possa ter a estrutura e as propriedades necessárias.
Resumir
1) Durante o processo de forjamento livre, a relação de forjamento, a quantidade de redução, a quantidade de alimentação, a temperatura inicial de forjamento, a temperatura final de forjamento e a frequência e peso do martelo são melhor controladas, o que pode efetivamente prevenir a ocorrência de rachaduras e dobras;
2) Na região de fase necessária, a estrutura com uma certa quantidade de transformação primária mais equiaxial pode ser obtida com uma taxa de deformação adequada dentro da faixa de deformação especificada, e o desempenho abrangente é bom.
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Nicole
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