Como prevenir os 7 principais tipos e causas de rachaduras no forjamento de liga de titânio?

Ligas de titânio com baixa densidade, alta resistência, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, não magnéticas e biocompatibilidade e outros excelentes desempenhos abrangentes, na indústria aeroespacial contemporânea, equipamentos de armas, produtos químicos e petróleo, médicos, energia nuclear e outros campos de aplicação estão se tornando mais e mais amplamente utilizados, a maioria dos quais são utilizados na deformação de ligas de titânio, como barras, forjados e perfis laminados. A deformação do forjamento visa garantir que o material da liga de titânio obtenha a organização e as propriedades ideais dos meios importantes, mas no forjamento da liga de titânio, especialmente no processo de produção de lingote para barra, muitas vezes existem várias formas de fissuração, não apenas para aumentar o custo de produção e fabricação, mas também para reduzir a eficiência da produção e a taxa de material, e quando a gravidade da sucata do produto. Diante disso, este artigo analisa e resume o fenômeno de fissuração que ocorre no processo de forjamento de ligas de titânio ao longo dos anos, e apresenta medidas para prevenir e solucionar a fissuração, de forma a garantir a eficiência da produção e a qualidade do produto de titânio forjamento de liga.
1, classificação e causas de fissuras de forjamento de liga de titânio
1.1 Fissuras na face final
A trinca na face final é um tipo de trinca que ocorre na face final do tarugo no processo de forjamento da liga de titânio, e as trincas são geralmente maiores e mais comuns. A fissuração da face final tem um impacto maior, geralmente fazendo com que o forjamento não possa continuar de acordo com o processo. As principais razões para rachaduras na face final: ① furos de encolhimento da cabeça do lingote ou o final da segregação a frio não está completamente limpo; ② processo perturbador, a face final do tarugo e o calor de contato da bigorna são absorvidos, puxando o processo longo, a protuberância da face final do tarugo resfria rapidamente; ③ posição da face final em diferentes direções da extrusão, a deformação não é uniforme ou a velocidade de deformação prolongada é muito rápida; ④ parte da resistência à deformação do tarugo é grande, pouca mobilidade, o fim do coração do côncavo.
1.2, fenda dobrável
A rachadura dobrável ocorre principalmente em três tipos de casos: Primeiro, a relação entre altura e diâmetro do lingote de liga de titânio da matéria-prima é maior ou igual a 2,5 ou amostragem de lingote no meio do lingote, ranhura de amostragem residual, perturbação e dobramento; Em segundo lugar, o processo de forjamento do tarugo na parte central da fissura, triturando em um poço profundo, perturbando e dobrando novamente; Terceiro, os outros processos auxiliares gerados pelos cantos agudos das saliências e crateras não estão de acordo com as disposições das lesões por descarga de moagem. A Figura 1 (a) mostra o dobramento de um tarugo de liga de titânio TB6 na parte central devido ao pite profundo após a retificação. Figura 1 (b) para uma serra de tarugo de liga de titânio TC4-LC inclinada ao dividir, gire 180 graus para continuar a serrar, a superfície de serra no meio das bordas afiadas residuais não são polidas e, em seguida, puxe o comprimento do ocorreram dobramentos mais sérios.
1.3 Rasgo
O rasgo é um tipo de fissuração transversal do tarugo de liga de titânio, rasgo localizado do tarugo ao estirar o comprimento e a deformação. O rasgo do forjamento aumentará a quantidade de retificação, reduzirá a taxa de material, enquanto o rasgo mais profundo no processo de conformação pode fazer com que a peça bruta não atenda aos requisitos de tamanho de usinagem do produto e sucata. A principal razão para o rompimento é uma única passagem sob a quantidade muito grande (lado único maior que 50 mm) ou sob a taxa muito rápida, Figura 2 (a) para um rompimento de placa de liga de titânio TB6. Em segundo lugar, a deformação da bigorna do martelo devido ao uso prolongado de sua curvatura da borda não é suficientemente suave, ou a temperatura de pré-aquecimento da bigorna do martelo não é suficiente, a deformação regular sob a pressão também levará ao rompimento do tarugo. Além disso, alguma barra de eixo escalonada ou forjamento com degrau, devido à grande diferença no tamanho local da plataforma errada, puxar o forjamento longo tem maior probabilidade de rasgar, Figura 2 (b) para um titânio TC4- DT etapa de forjamento de liga no rasgo.

1.4, rachadura interna
A trinca interna geralmente se refere a uma trinca de ponto único, contínua ou intermitente dentro do tarugo de liga de titânio no processo de forjamento, que geralmente é difícil de encontrar e precisa ser detectada por baixa inspeção ou detecção ultrassônica de falhas. Esse tipo de fissura destrói a continuidade do metal e só pode ser sucateada. As razões para fissuras internas podem ser resumidas em duas categorias: Primeiro, alguns materiais de liga de titânio contêm tungstênio, molibdênio e nióbio e outros elementos metálicos refratários, a existência local de segregação mais grave, inclusões ou segregação solta, a frio e outros defeitos metalúrgicos no processo de forjamento e deformação em fonte de trincas; Em segundo lugar, para algumas especificações pequenas (quase 90 mm ou Ф90 mm ou menos) materiais de liga de titânio, desenho longo processo de resfriamento rápido, a borda invertida da temperatura é baixa ou precisa ser Forjamento rotativo, gradiente de temperatura local do tarugo, fácil de produzir fissuras internas. Figura 3 para uma detecção de falha de barra acabada de liga de titânio TA15 quase Ф85mm encontrada perto do coração da posição da morfologia da fratura interna, após análise do segundo caso.

1.6. Rachaduras quebradiças
Algum material de liga de titânio difícil de deformar em alta temperatura, baixa plasticidade, controle de processo inadequado, fácil de causar rachaduras quebradiças severas, rachaduras profundas e difíceis de remover. Abaixo dos requisitos do processo de forjamento da temperatura final de forjamento, o tarugo sob maior pressão é propenso a trincas quebradiças. Existem alguns materiais de liga de titânio de alta temperatura que não aceitam forno de baixa temperatura de 200 ~ 300 graus ou o processo de aquecimento segmentado não é razoável, a temperatura é muito rápida, devido à baixa condutividade térmica das ligas de titânio, resultando no processo de aquecimento do extremidade e meio do tarugo, a superfície e o coração da existência de um grande gradiente de temperatura, fora do forjamento, ocorrem rachaduras graves. A Figura 5 (a) mostra uma fissuração do material de teste de liga de titânio em alta temperatura, quase dividida em duas seções, após análise do processo de aquecimento e o processo de aquecimento é muito rápido. A Figura 5 (b) mostra que um processo de forjamento de lingotes de Ti3Al ocorre durante a trinca frágil, analisada como resultado de uma operação de resfriamento inadequada. Devido à falha do equipamento, pare o forjamento refrigerado a ar, a fixação da máquina operacional das peças do lingote envoltas em algodão isolante não é limpa a tempo, o resfriamento do lingote não é uniforme e o material é mais sensível à temperatura, no aquecimento e no forjamento, em o lingote envolto em rachaduras na borda de algodão isolante.
1.7, Rachaduras na superfície do corpo
A qualidade metalúrgica do lingote é ruim, os defeitos superficiais não são completamente removidos ou o processo de aquecimento não é razoável, levando a rachaduras na superfície do tarugo no processo de forjamento. A área geral é um dano relativamente grande e grave. Figura 6 para o processamento de material de entrada TC4- lingote de liga de titânio LC primeiro estiramento longo, próximo à posição da cabeça do lado da fissura grave (caixa na figura), depois de analisar o número do forno de qualidade de fundição do lingote é pobre, a segregação a frio da superfície do lingote e os orifícios de ar subcutâneos não são limpos resultantes. Empresa um lingote de material de teste de liga de titânio fundindo primeiro forjamento a fogo através do corpo rachando sério, após análise do ponto de mudança de fase do material de teste 1020 graus, enquanto a temperatura de abertura é de apenas 1050 graus, a temperatura de aquecimento é baixa, a plasticidade da organização estatal de fundição é baixa, resultando em rachaduras graves e, em seguida, aquecido até 1150 graus, reabrir o tarugo, a rachadura é significativamente reduzida.
2, características de fissuração de forjamento de liga de titânio
2.1 Danos graves
O craqueamento da liga de titânio é um perigo sério, não apenas para aumentar a intensidade de trabalho dos trabalhadores na retificação, reduzir a eficiência da produção, mas também reduzir o rendimento do produto. Parte das fissuras graves devido à retificação mais profunda, necessidade de aumentar o tempo de corte do fogo, aumentar os custos de fabricação, para produção em lote de produtos devido à violação das especificações do processo de cura, fácil de causar flutuações na qualidade do produto. Rachaduras de forjamento mais graves podem levar à obsolescência do produto devido à incapacidade de atender aos requisitos de tamanho ou peso da entrega do produto.
2.2, congênito
Para Ti3Al, Ti2AlNb, IMI 834, bem como alguns novos componentes de ligas de titânio de alta temperatura difíceis de deformar, devido aos seus próprios fatores estruturais e organizacionais, a capacidade de deformação é fraca, sendo mais propensa a fissuras. Certas qualidades metalúrgicas do lingote de liga de titânio são ruins, há segregação, inclusões, porosidade subcutânea ou segregação a frio e outros defeitos metalúrgicos, no processo de forjamento subsequente é propenso a trincas multifogo e mais difícil de eliminar.
2.3 Difícil de reparar e retificar
Rachaduras de liga de titânio com características de retificação difíceis: ① rachaduras, devem ser limpas, é necessário controlar a relação largura-profundidade de retificação maior ou igual a 10, retificando uma quantidade maior; ② parte da baixa plasticidade da liga de titânio, devido à moagem do aumento da temperatura local do tarugo, a existência de um gradiente de temperatura, resfriamento devido ao papel do estresse, as rachaduras continuarão a se estender, ou seja, durante a moagem de rachaduras; ③ alguns dos tamanhos pequenos de hastes de liga de titânio ou peças forjadas, devido ao peso do tamanho pequeno, a retificação não é fácil de consertar; ④ Rachaduras nas extremidades de algumas barras mais longas e peças forjadas, que precisam ser polidas verticalmente, são difíceis de operar e representam um risco à segurança; ⑤ Certas peças moldadas têm formas e tamanhos irregulares e não há por onde começar a retificar rachaduras internas.
2.4 Inspeção difícil
A fissuração da liga de titânio tem características de inspeção difíceis: ① as fissuras precisam de 100% de inspeção, carga de trabalho de inspeção; ② as rachaduras ficam menores, fáceis de serem cobertas pelo pó de esmerilhamento, o inspetor não consegue determinar a olho nu se deve ser removido completamente; ③ alguma forma irregular, as rachaduras são mais difíceis de inspecionar; ④ ocorrem rachaduras dentro do tarugo ou sob a pele, não visíveis a olho nu, geralmente inspeção do produto acabado ou baixa inspeção para saber quando é tarde demais; ⑤ fácil de quebrar as fissuras internas devido ao formato e tamanho irregulares, as fissuras não podem ser encontradas; ⑤ fácil de quebrar as fissuras internas devido ao formato e tamanho irregulares, as fissuras não podem ser encontradas; ⑤ fácil de quebrar as rachaduras internas devido ao formato e tamanho irregulares, as rachaduras não podem ser encontradas. ⑤ fácil de rachar ou formar antes do teste de penetração da coloração do tarugo, aumentando a dificuldade do trabalho do inspetor.
3, prevenção e solução de fissuras de forjamento de liga de titânio
De acordo com os sete tipos acima de formas, causas e características de fissuração de ligas de titânio, e combinados com exemplos de fissuração, o desenvolvimento de medidas preventivas direcionadas. Ao mesmo tempo, é necessário focar na melhoria do nível de operação do pessoal e no entendimento tácito, para garantir que os principais equipamentos estejam em perfeitas condições de funcionamento, o desenvolvimento e a implementação rigorosa de retificação adequada, especificações de inspeção, controle dos pontos-chave e importantes detalhes.

3.2 Prevenção de dobras e fissuras
Primeiro, controle o lingote de liga de titânio da matéria-prima ou a relação altura-diâmetro do tarugo de processo intermediário menor ou igual a 2,5, a faixa de relação altura-diâmetro mais apropriada de 1,8 ~ 2,3; Em segundo lugar, a parte central da ranhura de amostragem residual do lingote e as peças de rachaduras dobráveis ​​​​do tarugo da máquina ou tratamento de lixamento, certifique-se de arredondar e suavizar a relação largura-profundidade de Maior ou igual a 10 é apropriado; Terceiro, certifique-se de garantir que o corte, a usinagem e outros processos auxiliares gerados pelos cantos afiados das saliências e crateras (como usinagem de furos de posicionamento, etc.) estejam de acordo com os requisitos de controle interno para retificação, semelhantes às etapas do tarugo mostrado na Figura 7, os furos de posicionamento, etc. devem ser polidos e limpos antes de continuar o forjamento.
3.3 Prevenção de rasgos
Primeiro, a máquina de forjamento rápido forja uma passagem unilateral sob controle de pressão na faixa de 20 ~ 30 mm, sob a taxa de pressão não deve ser muito rápida (para 5 ~ 10 mm / s apropriado); Em segundo lugar, para garantir que a curvatura da bigorna do martelo seja maior ou igual a R40mm, a deformação ocorra em tempo hábil para manter o processamento e garantir que a bigorna seja pré-aquecida antecipadamente a 300 ~ 400 graus C; Terceiro, para as etapas da barra do eixo ou forjamento escalonado, forjamento escalonado no forjamento, certifique-se de usar a pressão leve do bastão de batida, então o martelo deve ser pressionado lentamente e a deformação do martelo único deve ser estritamente controlada dentro de 30 mm , e quando ocorrer rasgo, o martelo deve ser reparado ou o forjamento deve ser interrompido a tempo de retificar.
3.4,Prevenção de fissuras internas
Primeiro, para materiais de liga de titânio contendo elementos metálicos refratários, como tungstênio, molibdênio e nióbio, devemos começar pela fonte, fortalecer a pesquisa do processo de fusão de lingotes, melhorar o nível de tecnologia de fusão, para reduzir ou eliminar segregação, inclusões, soltas ou frias segregação e outros defeitos metalúrgicos; em segundo lugar, para tarugos de liga de titânio de tamanho pequeno, o processo de trefilação deve ser chanfrado em tempo hábil e tentar evitar a fixação do tarugo na extremidade da cabeça do forjamento, as condições permitirem devem ser imediatamente devolvidas ao forno para serem forjadas.
3.5 Prevenção de fissuras longitudinais
Primeiro, o processo de trefilação de tarugos de liga de titânio em chanframento oportuno, proíbe o surgimento de arestas vivas, arestas pretas; Em segundo lugar, algumas das ligas de titânio de alta temperatura sensíveis à temperatura forjadas após resfriamento a ar ou resfriamento de algodão com isolamento de cobertura, tente não usar os métodos resfriados a ar, resfriados a água, resfriados a óleo e outros métodos de resfriamento rápido.
3.6 Prevenção de fissuras frágeis
Para deformação difícil de materiais de liga de titânio em alta temperatura, deve-se usar "pacote de forjamento de algodão": ou seja, o tarugo aquecido até o tempo de retenção especificado, o tarugo é removido, envolto em uma camada de algodão isolante térmico (espessura de cerca de 10 mm , polvilhado uniformemente com uma camada de agente protetor de vidro), retornar ao forno para continuar a aquecer (tempo de acordo com o tamanho do tarugo e da embalagem de algodão rápido e lento), fora do forjamento, o processo de aumento oportuno da cobertura térmica algodão de isolamento, minimizar a temperatura do tarugo, para minimizar a temperatura do tarugo. Algodão, minimiza a perda de temperatura do tarugo, para garantir que sempre no processo de forjamento a temperatura esteja acima da temperatura final de forjamento, a prática mostra que a operação pode reduzir significativamente a fissuração. Além disso, este tipo de aquecimento de liga de titânio deve ser feito em forno de baixa temperatura de 200 ~ 300 graus, aquecimento em vários estágios, aquecimento lento (50 ~ 100 graus / h), para garantir que o tarugo seja aquecido uniformemente, reduza o gradiente de temperatura em diferentes partes. Por fim, o processo de forjamento é proibido de deixar cair material, evitando colisão violenta com a peça; o processo de resfriamento é lento e uniforme; a moagem de rachaduras é concluída para teste de penetração de cor, etc.
3.7, prevenção de fissuras superficiais
Em primeiro lugar, as fissuras superficiais causadas pela má qualidade metalúrgica dos lingotes devem fortalecer a pesquisa do processo de fusão, melhorar o nível de fusão, forjar antes da necessidade de remover completamente a segregação a frio do lingote, porosidade subcutânea e outros defeitos metalúrgicos. Em segundo lugar, ao formular o processo de aquecimento e forjamento, devemos resumir profundamente a lição de que a baixa temperatura de aquecimento de um material de teste leva a fissuras graves e considerar de forma abrangente vários fatores para garantir que o processo seja ideal.
4,Conclusão
(1) A rachadura por forjamento de liga de titânio inclui rachaduras nas extremidades, rachaduras por dobramento, rasgos, rachaduras internas, rachaduras longitudinais, rachaduras frágeis, etc., com várias formas e causas controláveis; e é caracterizado por riscos graves, congênitos, hereditários, difíceis de reparar e triturar e difíceis de inspecionar.
(2) Para reduzir e evitar fissuras no forjamento da liga de titânio, a prevenção deve ser o foco principal e devem ser desenvolvidas medidas preventivas razoáveis ​​e viáveis. Ao mesmo tempo, deve garantir que processos importantes como forjamento, retificação e inspeção estejam sob controle e que os principais pontos de controle das medidas sejam rigorosamente implementados.