Įvairių titano lydinio kalimo įtrūkimų tipų analizė
Titano lydiniai yra plačiai naudojami aviacijos ir kosmoso, laivų statybos ir biomedicinos laukuose dėl jų didelio specifinio stiprumo, atsparumo korozijai ir atsparumo aukštai temperatūrai. Tačiau kalimo proceso metu įtrūkimų defektai yra linkę, o tai daro didelę įtaką produkto kokybei ir gamybos efektyvumui. Šis straipsnis sistemingai apžvelgia įprastus titano lydinio kalimo įtrūkimų tipus, derinant tipinius atvejus su pagrindiniais proceso kontrolės taškais, kad būtų teikiamos techninės nuorodos pramonei.
Pabaigos veido įtrūkimas: pradinio kalimo „mirtina žaizda“
Galinio veido įtrūkimas yra vienas iš labiausiai paplitusių titano lydinio kalimo defektų, dažnai pasireiškiančių luitų nuliūdinimo ar brėžinio stadijų metu. Jo būdingas bruožas yra įtrūkimas, kuris radialiai sklinda išilgai ruošinio galo, o sunkiais atvejais gali užkirsti kelią toliau kalimui. Pagrindinės priežastys apima:
Likę metalurgijos defektai:Neužbaigtas susitraukimo ertmių pašalinimas luito galvutėje arba šaltas uždarymas prie uodegos gali tapti įtrūkimų šaltiniais, esant kalimo slėgiui. Pavyzdžiui, TC4-LC titano lydinio luitų luitas per pirmąjį piešimo gaisrą sukūrė per skylę, nes nepilnas pašalinant požemines poras.
Nekontroliuojami temperatūros gradientai:Nusivylimo metu kontaktas tarp galutinio veido ir plaktuko priekio sukelia greitą šilumos išsisklaidymą. Piešimo metu aušinimo greitis išsipūtusioje galo dalyje viršija 30 laipsnių /s, todėl lokalus trapumas.
Netolygus deformacija:Per didelis vieno pravažiavimo arba per didelio deformacijos greičio sumažėjimas trukdo metalo srautui galinio paviršiaus šerdyje, todėl atsiranda nuskendę įtrūkimai. TA15 titano lydinio strype, kurio skersmuo yra maždaug 85 mm, vidiniai įtrūkimai iki 12 mm gylio buvo aptikti šerdyje dėl per didelio piešimo greičio.
Prevencinės priemonės: naudokite ultragarsinius bandymus, kad kruopščiai pašalintumėte luitų defektus. Uždenkite ruošinio galo veidą su izoliacine vilna per nusiminę, kontroliuokite, kad sumažėjimas per pravažiavimą iki mažesnio arba lygaus 15 mm, ir optimizuokite plaktuko priekio įkaitinimo temperatūrą iki didesnės arba lygios 300 laipsnių.
Sulankstomas krekingas: paslėptas „paviršiaus žudikas“
Sulankstomas įtrūkimas paprastai atsiranda dėl sutrikdyto metalo srauto kalimo proceso metu ir pasireiškia kaip sluoksniuoti defektai ant ruošinio ar viduje. Formavimo mechanizmus galima suskirstyti į tris tipus:
Pradiniai defektai:Laistai, kurių aukščio ir skersmens santykis yra didesnis arba lygus 2,5 arba likusių griovelių iš tarpinių mėginių ėmimo, dėl kurių metalas sulankstomas išilgai defektų. TB6 titano lydinio ruošinys sukūrė sulankstomus įtrūkimus iki 8 mm gylio po kalimo dėl nepolizuotų mėginių ėmimo griovelių.
Proceso klaidos:Ruošiniai pakreipiami pjaustymo metu, todėl staiga pasikeitė skerspjūvis. Nepavykus užlipti aštrių kampų per 180 laipsnių apverstą ir tęsti perdirbimą, gali sulankstyti.
Pagalbinio proceso defektai:Apdirbimo įrankių žymės, oksido skalės įsibrovimas ir kiti defektai gali išsiplėsti į raukšles vėlesnio kalimo metu.
Tipiškas atvejis: Orlaivio variklio disko kalimo kalimo metu oksido skalė nebuvo išvalyta nuo atsiskyrimo paviršiaus, todėl buvo per didelis sulankstomas gylis ir 30% laužo greitis. Sprendimas: griežtai įgyvendinkite „trijų patikrinimų“ sistemą (savęs patikrinimas, abipusis patikrinimas ir specializuotas patikrinimas), atlikdami dažų skvarbų bandymą ant ruošinio paviršiaus, kad būtų galima kontroliuoti sulankstomo gylį iki mažesnio arba lygaus 0,5 mm.
Ašarojimas ir vidiniai įtrūkimai: gilesnė „organinė krizė“
Ašaros dažnai būna tempimo deformacijos metu, pasireiškiančios kaip skersiniai įtrūkimai. Jų pagrindinės priežastys yra:
Nekontroliuojami deformacijos parametrai:Per didelis sumažinimas arba per didelis sumažėjimo greitis viename pravažiavime sukelia nelygų metalo srautą. Vienoje TB6 titano lydinio plokštėje, nes vienos pusės sumažėjimas buvo 60 mm, ašaros gylis viršijo pusę plokštės storio.
Įrankių dėvėjimas:Dėvėjimas ant priekinio krašto sukelia streso koncentraciją. Kitame TC4-DT titano lydinio laiptelio velene smogimo deformacija sukėlė ašarojimą žingsnio perėjime.
Vidiniai įtrūkimai yra paslėpti ruošinyje ir dažniausiai randami mažų žandikaulių medžiagose (Ø, mažesnėje arba lygi 90 mm) arba sunkiai deformuojamuose lydiniuose (tokiuose kaip Ti3al ir Ti2Alnb). Jų formavimas yra susijęs su šiais veiksniais:
Metalurginė segregacija:Atsparumo elementų, tokių kaip volframas ir molibdenas, atskyrimas lemia lokalizuotą plastiškumą. Aptikus TA15 titano lydinį trūkumą, šerdyje buvo atrasti vidiniai įtrūkimai, o analizė parodė, kad juos sukėlė NB segregacija.
Temperatūros valdymo nesėkmė:Žemos šurmuliavimo temperatūra arba atvirkštinis kalimas, dėl kurio temperatūros gradientai viršija 50 laipsnių. Tam tikras TI60 lydinys sukūrė išilginius vidinius įtrūkimus, viršijančius 200 mm ilgio, esant „Chamfer“ dėl pernelyg greito vandens aušinimo.
Proceso optimizavimas: buvo priimtas daugialypis kalimo procesas (nusiminusio tempimo kaupimo ciklai), o tarpinis atkaitinimas buvo atliktas, kai kumuliacinė deformacija viršijo 70%. Buvo sumontuota infraraudonųjų spindulių šiluminio vaizdo sistema, siekiant užtikrinti, kad ruošinio temperatūros skirtumas išliko mažesnis nei 30 laipsnių.
Trapūs įtrūkimai: aukštos temperatūros lydinių „achilo“ kulnas
Sunkiai nusiteikę aukštos temperatūros titano lydiniai (tokie kaip TC19 ir IMI 834) yra ypač jautrūs temperatūrai ir yra linkę į trapius įtrūkimus kalimo metu:
Pernelyg žema galutinė kalimo temperatūra:Žemiau perkristalizacijos temperatūros metalo plastiškumas smarkiai sumažėja. Tam tikra aukštos temperatūros titano lydinio bandymo medžiaga, kurios galutinė kalimo temperatūra yra tik 980 laipsnių, beveik nutrūko dėl įtrūkimo.
Šildymo proceso defektai:Dėl pernelyg greito kaitinimo greičio tarp galų ir centro temperatūros gradientas buvo didesnis nei 100 laipsnių. Ti3al luklys dėl netolygaus izoliacijos įvyniojimo patyrė lokalizuotą trapų lūžių metu.
Netinkami aušinimo būdai:Vandens aušinimas po ugnies sukėlė streso koncentraciją. Suapvalinus TC19 lydinį, išilginiai įtrūkimai išsivystė dėl diferencinio aušinimo greičio, esančio apjuostuose kraštuose.
Prevencijos ir kontrolės strategijos: įgyvendinkite pastatytą šildymo procesą (pvz., Trys laikymo stadijos 600 laipsnių, 800 laipsnių ir 1000 laipsnių), išlaikydami galutinę kalimo temperatūrą per 50 laipsnių nuo transformacijos taško. Sunkiai deformuojamiems lydiniams naudokite asbesto apvalkalą. TA12A lydinio, kalimo išeigos greitis padidėjo nuo 63,29% iki 71,45% per asbesto apvalkalą.
Paviršiaus įtrūkimai ir „Alfa“ trapus sluoksnis: paslėpti „našumo žudikai“
Paviršiaus įtrūkimus dažnai sukelia pernelyg žema galutinė kalimo temperatūra arba ilgalaikis štampo kontaktinis laikas. Nustatyta, kad titano lydinio apvalkalas yra per skandalus, kai apdirbant neapdorotą. Pagrindinė priežastis buvo deguonies turtingo alfa sluoksnio (iki 0,2 mm storio) susidarymas izoterminio atkaitinimo metu po mirties kalimo, o tai padidino paviršiaus kietumą 30% ir žymiai padidino trapumą.
Sprendimas:
Tepimo programa:Naudokite stiklinį tepalą spaudos štampo kalimo metu, kad sumažintumėte trintį tarp ruošinio ir štampo; Sutrumpinkite kontaktinį laiką tarp ruošinio ir apatinio štampo iki mažesnio arba lygaus 2s plaktuko kalimo metu.
Atmosferos valdymas:Išlaikykite šiek tiek oksiduojančią atmosferą (o₂ kiekį, mažesnį arba lygų 0,5%) krosnyje kalimo ar terminio apdorojimo metu. Vakuuminės metinės dalys su per dideliu vandenilio kiekiu.
Norint užkirsti kelią ir kontroliuoti „Titanium“ lydinio kalimo įtrūkimą ir kontroliuojant, reikia išsamaus požiūrio į visą metalurgijos, proceso ir įrangos grandinę. Įtrūkimo riziką galima žymiai sumažinti, optimizuojant šildymo temperatūros profilį (pvz., Kontroliuojant pradinę kalimo temperatūrą 150–250 laipsnių virš-transformacijos taško), įgyvendinant daugialypius kalimo procesus ir stiprinant internetinius ultragarsinius bandymus (dažnis didesnis arba lygus 2 kartus vienam gaisrui). Ateityje, pritaikius skaitmeninę dvynių technologiją, kalimo proceso modeliavimą, titano lydinio krekingo numatymas ir valdymas judės aukštesnio tikslumo link, užtikrinant patikimesnę medžiagų palaikymą aukščiausios klasės įrangos gamybai.
