Liga de titânio: características, desafios de processamento e aplicativos futuros

A liga de titânio, um material com alta resistência específica, excelentes propriedades mecânicas e resistência à corrosão, sempre foi a escolha ideal para a fabricação de aeronaves e motores. No entanto, sua má máquina tem sido o principal fator que restringe sua aplicação generalizada. No entanto, com o avanço contínuo da tecnologia de processamento, o campo de aplicação da liga de titânio foi significativamente ampliado e agora é amplamente utilizado na fabricação de múltiplos componentes de motores de aeronaves e peças estruturais. Em seguida, exploraremos as características únicas das ligas de titânio e suas propriedades de processamento relacionadas.

▲ Características de ligas de titânio e titânio
As ligas de titânio e titânio mostram muitas características excelentes, incluindo principalmente:

Alta resistência e dureza: a resistência à tração da liga de titânio é tão alta quanto 686-1176MPa, enquanto sua densidade é de apenas cerca de 60% do aço, por isso possui uma alta resistência específica. A dureza da liga de titânio recozida atinge o HRC 32-38, mostrando sua vantagem de dureza.

Módulo elástico baixo: O módulo elástico da liga de titânio recozida é de 1,078 × 10-1.176 × 10MPa, que é cerca da metade do de aço e aço inoxidável. Esse recurso torna mais difícil quando submetido ao impacto.

Excelente desempenho de alta e baixa temperatura: a liga de titânio pode manter excelentes propriedades mecânicas a altas temperaturas, sua resistência ao calor é muito melhor que a da liga de alumínio e sua faixa de temperatura de trabalho é ampla. A temperatura de trabalho da nova liga de titânio resistente ao calor pode até atingir 550-600 graus. No ambiente de baixa temperatura, a força da liga de titânio é aprimorada, mantendo uma boa tenacidade, por exemplo, ainda pode manter uma excelente resistência em -253.

Excelente resistência à corrosão: o titânio pode formar rapidamente um denso filme de óxido de titânio no ar abaixo de 550 graus, proporcionando excelente resistência à corrosão em meios oxidantes, como atmosfera, água do mar, ácido nítrico e ácido sulfúrico e forte alcalino.

▲ Desempenho de processamento de ligas de titânio e titânio
Ao processar ligas de titânio, suas características e características durante o corte devem ser totalmente consideradas. Recomenda-se usar ferramentas de carboneto, como o carboneto de tungstênio-cobalto, devido à sua baixa afinidade química com liga de titânio, boa condutividade térmica e alta resistência. Para corte intermitente em baixa velocidade, o carboneto de grão-fino com resistência ao impacto pode ser selecionado; Enquanto o aço de alta velocidade com excelente desempenho de alta temperatura é adequado para formar ferramentas complexas.

▲ Processo de corte
Use um ângulo de ancinho menor e um ângulo de fundo maior, o que pode aumentar o comprimento do contato entre o chip e a face da ferramenta frontal, reduzindo assim o atrito entre a peça de trabalho e a face da ferramenta traseira. A parte da ponta adota uma borda de transição do arco para melhorar a força e impedir queimar e lascar em cantos afiados. Ao mesmo tempo, é crucial manter a lâmina afiada para garantir a remoção suave do chip e evitar lascar causado por fichas. Durante o processo de corte, uma menor velocidade de corte deve ser selecionada para impedir que a temperatura de corte seja muito alta. A taxa de alimentação precisa ser moderada. Muito pode causar queima de ferramentas, enquanto muito pouco pode causar desgaste rápido devido à lâmina que trabalha na camada endurecida. A profundidade de corte pode ser maior para que a ponta funcione abaixo da camada endurecida, o que ajuda a melhorar a durabilidade da ferramenta. Além disso, o refrigerante deve ser totalmente usado para resfriamento durante o processamento.

▲ moagem
Ao cortar a liga de titânio, devido à grande resistência ao corte, o sistema de processos deve ter rigidez suficiente. Ao mesmo tempo, como a liga de titânio é fácil de se deformar, a força de fixação não deve ser muito grande durante o processo de corte, especialmente em alguns processos de acabamento, e os suportes auxiliares são necessários para garantir a precisão do processamento quando necessário.

Além disso, a liga de titânio enfrenta uma série de desafios na moagem. Suas propriedades químicas são ativas e é fácil ser afinidade e aderir aos abrasivos a altas temperaturas, o que causará bloqueio de roda de moagem, aumento do desgaste e desempenho reduzido de moagem. Ao mesmo tempo, o desgaste da roda de moagem também aumentará a área de contato entre a roda de moagem e a peça de trabalho, piorará as condições de dissipação de calor e fará com que a temperatura da área de moagem suba acentuadamente, resultando em rachaduras e queimaduras locais. Além disso, a alta resistência e a tenacidade da liga de titânio também dificultam a separação dos chips de moagem durante o processo de moagem, aumentam a força de moagem e aumentam o consumo de energia de moagem. Além disso, a baixa condutividade térmica e o pequeno calor específico da liga de titânio levam à condução lenta de calor durante a moagem, e o calor é fácil de acumular na área do arco de moagem, o que agrava ainda mais o aumento da temperatura da área de moagem.
▲ Processamento de extrusão
Ao extrudir ligas de titânio e titânio, é necessário garantir que a temperatura de extrusão seja alta o suficiente e a velocidade de extrusão seja rápida o suficiente para impedir que a temperatura caia muito rapidamente. Ao mesmo tempo, o tempo de contato entre o tarugo de alta temperatura e o dado deve ser reduzido o máximo possível, por isso é recomendável usar novos materiais de matriz resistente ao calor. Ao transmitir o tarugo, a velocidade do forno de aquecimento ao barril de extrusão também precisa ser rápido o suficiente. Além disso, como o metal pode ser contaminado por gás durante o aquecimento e extrusão, medidas de proteção apropriadas devem ser tomadas.

Durante o processo de extrusão, é crucial escolher um lubrificante adequado para evitar aderir ao dado. Por exemplo, métodos como extrusão de jaqueta e extrusão de lubrificação por vidro podem ser usados. Deve -se notar que o efeito térmico da deformação das ligas de titânio e titânio é grande e a condutividade térmica é ruim, portanto, deve -se tomar cuidado especial para evitar superaquecimento durante a deformação da extrusão.
▲ FORging e fundição
Por outro lado, as ligas de titânio são muito sensíveis aos parâmetros do processo de forjamento. Alterações na temperatura de forjamento, quantidade de deformação, velocidade de deformação e velocidade de resfriamento afetarão significativamente a microestrutura e as propriedades das ligas de titânio. A fim de controlar melhor a microestrutura e as propriedades dos esquecedores, tecnologias avançadas de forjamento, como forjamento a quente e forjamento isotérmico, têm sido amplamente utilizadas na produção de forjamento de ligas de titânio nos últimos anos.

Devido à alta atividade química das ligas de titânio e titânio, elas são propensas a reações químicas violentas com nitrogênio, oxigênio e outros elementos no ar, e também reagem com materiais refratários comumente usados no processo de fundição. Portanto, o elenco de ligas de titânio e titânio, especialmente o elenco de investimentos, é muito mais difícil do que o elenco de alumínio e aço. Nos primeiros dias do elenco de titânio, uma vez que o desenvolvimento da tecnologia de fundição não era tão bom quanto o da tecnologia de processamento de pressão, ligas de titânio de média resistência com certas deformação, como Ti6al4V e Ti5AL2.5SN, foram usadas principalmente como materiais de liga fundindo. Essas ligas ainda são amplamente usadas hoje. No entanto, com o avanço da tecnologia de fundição de titânio e a melhoria dos requisitos de desempenho para ligas de titânio fundido, especialmente a crescente complexidade das estruturas de fundição, a visão original de que "todas as ligas de titânio deformadas são adequadas para fundição" não é mais aplicável.

Em resumo, embora as ligas de titânio sejam amplamente utilizadas no aeroespacial e em outros campos devido ao seu excelente desempenho, seus custos de eficiência de processamento e produção ainda restringem seu escopo de aplicação. Com o avanço da tecnologia de fundição de titânio e o declínio nos preços, o potencial de aplicação do titânio na indústria civil será divulgado. Especialmente nos campos de construção naval, fabricação de automóveis, indústria química, eletrônica, desenvolvimento marinho etc., a aplicação do titânio irá aproveitar o rápido crescimento. Ao mesmo tempo, isso também promoverá o progresso contínuo da indústria de titânio e da tecnologia de processamento de titânio.

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